KR20110119684A - Inorganic fiber structure and process for producing same - Google Patents
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Abstract
평균 섬유 직경 3μm 이하의 무기계 나노 섬유로 이루어지는 무기계 섬유 구조체로서, 내부를 포함하는 전체가 무기계 접착제로 접착된, 공극률이 90% 이상인 무기계 섬유 구조체를 개시한다. 또한, (i) 무기 성분을 주체로 하는 화합물을 포함하는 방사용 무기계 졸 용액으로부터, 정전 방사법에 의해 무기계 섬유를 방사하는 공정과, (ⅱ) 상기 무기계 섬유와 반대 극성의 이온을 조사하고, 집적시켜 무기계 섬유 집합체를 형성하는 공정, 및 (ⅲ) 상기 무기계 섬유 집합체의 내부를 포함하는 전체에, 무기 성분을 주체로 하는 화합물을 포함하는 접착용 무기계 졸 용액을 부여하고, 잉여의 접착용 무기계 졸 용액을 통기에 의해 제거하고, 내부를 포함하는 전체에 있어서, 무기계 접착제로 접착한 무기계 섬유 구조체를 형성하는 공정을 포함하는 무기계 섬유 구조체의 제조 방법을 개시한다. An inorganic fiber structure composed of inorganic nanofibers having an average fiber diameter of 3 μm or less, and an inorganic fiber structure having a porosity of 90% or more, in which the whole including the inside is bonded with an inorganic adhesive. Further, (i) spinning a inorganic fiber by an electrospinning method from a spinning inorganic sol solution containing a compound mainly composed of an inorganic component, and (ii) irradiating ions having a polarity opposite to that of the inorganic fiber, To form an inorganic fiber aggregate, and (iii) to provide the whole inorganic material including the inside of the inorganic fiber aggregate to a bonding inorganic sol solution containing a compound mainly composed of inorganic components, and to provide a surplus of inorganic sol for adhesion. Disclosed is a method for producing an inorganic fiber structure including a step of removing the solution by aeration and forming an inorganic fiber structure bonded with an inorganic adhesive in the whole including the inside.
Description
본 발명은 무기계 섬유 구조체(특히 기능성을 갖는 무기계 섬유 구조체) 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 무기계 섬유 구조체는, 예를 들어, 세포 배양 담체, 스캐폴드(スキャフォ-ルド, scaffold), 항균 재료 등에 사용할 수 있다.
The present invention relates to an inorganic fiber structure (particularly an inorganic fiber structure having functionality) and a method for producing the same. The inorganic fiber structure of the present invention can be used, for example, in cell culture carriers, scaffolds, antibacterial materials and the like.
종래, 정전 방사법에 의하면, 섬유 직경이 고른 섬유가 3차원의 네트워크 구조를 이루어, 구멍 직경이 균일한 부직포를 제조할 수 있다. Conventionally, according to the electrospinning method, fibers having even fiber diameters form a three-dimensional network structure, whereby a nonwoven fabric having a uniform hole diameter can be produced.
이러한 정전 방사법은, 방사 원액을 방사 공간에 공급함과 아울러, 공급한 방사 원액에 대해 전계를 작용시켜 연신(延伸)하고, 대향 전극 상에 집적시킴으로써 방사하는 방법이다. 이와 같이 전계의 작용에 의해 연신되고 방사된 섬유는 대향 전극 상에 직접 전계의 힘으로 집적되기 때문에, 종이 형태의 부직포가 된다. 그러나, 단열재의 용도, 여과 용도 등에 사용하는 경우에는, 벌키(崇高;bulky)한 부직포인 것이 바람직하다. This electrospinning method is a method of spinning by supplying the spinning stock solution to the spinning space, applying the electric field to the supplied spinning stock solution, drawing it, and integrating it on the counter electrode. Thus, the fibers drawn and spun by the action of the electric field are integrated into the force of the electric field directly on the counter electrode, thereby becoming a paper nonwoven fabric. However, when it is used for a heat insulating material, a filtration use, etc., it is preferable that it is a bulky nonwoven fabric.
따라서, 본원 출원인은, 방사할 폴리머 용액에 전하를 부여하는 스텝, 상기 전하를 부여한 폴리머 용액을 방사 공간에 공급하고 정전기력에 의해 비상(飛翔)시키는 스텝과, 상기 공급하여 형성한 섬유에, 상기 섬유와 반대 극성의 이온을 조사하는 스텝 및 방사한 섬유를 회수하는 스텝을 포함하는 벌키한 부직포의 제조 방법(=중화(中和) 방사법, 특허 문헌 1, 2)을 제안했다. Therefore, the applicant of the present application includes the steps of applying a charge to a polymer solution to be spun, supplying the charged polymer solution to a spinning space and flying by an electrostatic force, and the fibers formed by the supplying fiber. The manufacturing method of the bulky nonwoven fabric (= neutral spinning method,
이 벌키한 부직포는, 섬유끼리가 접착되어 있지 않거나, 혹은 매우 약하게 접착된 저밀도로 면(綿) 형태의 부직포이기 때문에, 보형성(保形性)이나 강도를 필요로 하지 않는 용도에는 적용할 수 있었으나, 액체 여과 등, 보형성이나 강도를 필요로 하는 용도에 있어서는, 부직포 형태를 유지할 수가 없어, 실용에 적합하지않는 경우가 있었다. This bulky nonwoven fabric is a low density cotton nonwoven fabric with no fibers bonded to each other or very weakly bonded to each other. Therefore, the bulky nonwoven fabric can be applied to applications that do not require retention or strength. However, in the applications requiring shape retention and strength, such as liquid filtration, the form of the nonwoven fabric could not be maintained and was not suitable for practical use.
따라서, 중화(中和) 방사한 무기계 섬유 부직포의 보형성이나 강도를 부여하기 위한 방법으로서, 예를 들어, 이하와 같은 방법을 생각할 수 있다. Therefore, the following method can be considered as a method for providing the shape retention and strength of the neutralized spun inorganic fiber nonwoven fabric, for example.
(1) 무기계 섬유를 초조(抄造)하여 무기계 섬유 부직포를 제조하는 방법(1) A method of producing an inorganic fiber nonwoven fabric by impregnating an inorganic fiber
(2) 무기계 섬유 부직포에 바인더를 스프레이하고, 건조하는 방법(2) Method of spraying and drying binder on inorganic fiber nonwoven fabric
(3) 무기계 섬유 부직포를 바인더조(浴)에 침지한 후, 2개 롤 프레스기(압(壓)을 가하는 장치)에 통과시켜 잉여의 바인더를 제거하고, 그 후 건조하는 방법(3) After the inorganic fiber nonwoven fabric is immersed in a binder bath, it is passed through a two roll press machine (an apparatus which adds a pressure), the excess binder is removed, and the method of drying after that is carried out.
그러나, (1)의 방법은, 정전 방사법에 의한 나노 섬유의 초지(抄紙)는 매우 어렵다. (2)의 방법은, 무기계 섬유 부직포 전체에(특히 부직포 내부까지) 바인더를 균일하게 부여하기가 어려우며, 강도(强度)면에서 떨어진다. (3)의 방법은, 무기계 섬유 부직포의 공극이 찌그러져서, 벌키성을 유지할 수 없어, 공극률이 낮아진다. However, in the method of (1), papermaking of nanofibers by the electrospinning method is very difficult. In the method of (2), it is difficult to uniformly apply the binder to the entire inorganic fiber nonwoven fabric (particularly up to the inside of the nonwoven fabric), and it is inferior in strength. In the method of (3), the void of the inorganic fiber nonwoven fabric is crushed, and bulkiness cannot be maintained, and the void ratio is lowered.
그런데, 이러한 무기계 섬유 부직포를 비롯한 섬유 구조체는, 배양 담체에 적용할 수 있다. 세포를 생체 내의 환경에 근접시킨 상태에서 배양하기 위해, 세포를 3차원 배양하는 것에 의한 조직 형성 유도 기술이 있다. 이 배양 담체로서, 필름, 입자, 중공사(中空絲), 섬유 집합체, 발포체 등이 알려져 있다.By the way, the fiber structure including such an inorganic fiber nonwoven fabric can be applied to a culture carrier. In order to cultivate cells in close proximity to the environment in vivo, there is a technique of inducing tissue formation by three-dimensional culturing of cells. As this culture carrier, films, particles, hollow fibers, fiber aggregates, foams and the like are known.
그러나, 이들 배양 담체는 3차원 배양에 필요한 세포의 비계(족장:足場)가 되는 표면적이 불충분하기 때문에, 세포의 고밀도 배양이 어렵거나, 생체 내 환경과 유사한 세포의 조직 형성능(形成能)을 보유하고 있지 않은 경우가 많다. However, these culture carriers have insufficient surface area for scaffolding of the cells required for three-dimensional culture, so that it is difficult to cultivate high density of cells or have a tissue forming ability similar to that of the living environment. Many times they are not doing.
이러한 종래의 배양 담체의 문제점을 해결하고, 3차원 배양할 수 있는 배양 담체로서, 「일렉트로 스피닝법에 의해 제작한 나노 섬유를 포함하는 스캐폴드(スキャフォ-ルド, scaffold)」가 제안된 바 있다(특허 문헌 3). 구체적인 실시예에 있어서는, 실리카, PVA로 이루어지는 나노 섬유를 사용하고 있다. As a culture carrier capable of solving the problems of the conventional culture carrier and allowing three-dimensional culture, a scaffold containing nanofibers produced by the electro-spinning method has been proposed ( Patent Document 3). In a specific Example, the nanofiber which consists of a silica and PVA is used.
그러나, 이러한 나노 섬유를 포함하는 스캐폴드라 하더라도, 세포 증식능이 낮아, 고밀도 배양을 행하기가 어려우며, 또한, 세포 기능도 잘 발현되지 않는 것이었다. 나아가서는, 섬유 밀도나 두께의 제어가 어렵고, 또한 세포 덩어리가 불균일하게 형성되므로, 배양 상태를 관찰하기가 어려웠다.However, even a scaffold containing such nanofibers had low cell proliferation ability, making it difficult to carry out high-density culture, and poorly expressing cell functions. Furthermore, it was difficult to control the fiber density and thickness, and because the cell masses were formed unevenly, it was difficult to observe the culture state.
또한, 섬유 구조체에 기능을 부여하기 위해 금속 이온 함유 화합물을 부여하는 것이 행해지고 있다. 예를 들어, 세포의 분열·증식·분화, 혈액의 응고, 근육의 수축, 신경 감각 세포의 흥분, 탐식(貪食), 항원 인식, 항체 분비 등 면역 반응, 각종 호르몬 분비 등 광범위한 생체 반응에 관여하고, 또한, 인과 함께 히드록시아파타이트(ヒドロキシアパタイト)결정을 형성하여 뼈나 치아의 매트릭스 구조에 침착(沈着)하여 강도를 부여하는 칼슘, 세포외액(外液)의 삼투압 유지를 위해 작용하는 나트륨, 산소의 운반 작용, 및 에너지 대사에 있어서의 전자 전달체(시토크롬(cytochrome) C)의 필수 부위인 철, 뼈와 치아의 주요한 무기 성분인 마그네슘, 신경 흥분성의 유지, 근육의 수축, 세포 내의 삼투압 유지를 위해 작용하는 칼륨, 혹은 구리, 요오드, 셀렌, 크롬, 아연, 몰리브덴 등의 금속을 섬유 구조체에 부여함으로써, 세포 기능을 향상시킬 수 있는 세포 배양 기재(基材)로서, 또는 항균 성능을 갖는 섬유 구조체로서 사용할 수 있다. Moreover, in order to provide a function to a fiber structure, provision of a metal ion containing compound is performed. For example, it is involved in a wide range of biological reactions such as cell division, proliferation and differentiation, blood coagulation, muscle contraction, excitability of nerve sensory cells, phagocytosis, antigen recognition, immune reactions such as antibody secretion, and various hormone secretions. In addition, it forms hydroxyapatite crystals with phosphorus and deposits it on the matrix structure of bones and teeth to give strength, and calcium and extracellular fluids that act to maintain the osmotic pressure of sodium and oxygen. Iron, an essential part of the electron transporter (cytochrome C) in transport and energy metabolism, magnesium as a major inorganic component of bone and teeth, maintenance of nerve excitability, muscle contraction, and osmotic pressure in cells Cell culture apparatus that can improve cellular function by imparting metals such as potassium or copper, iodine, selenium, chromium, zinc and molybdenum to the fiber structure It can be used as ash or as a fiber structure having antibacterial performance.
예를 들어, 특허 문헌 3에는, 「일렉트로 스피닝법에 의해 제작한 세포 접착 인자(특히 인산 칼슘)에 의해 표면 수식(修飾)된 나노 섬유를 포함하는 스캐폴드」(청구항 1, 8, 9)가 제안된 바 있다. 구체적으로는, 졸겔법에 의해 합성된 실리카 나노 섬유가 적합한 것, 실리카 나노 섬유의 소성 온도에 따라 친수성 또는 소수성으로 하여, 세포의 접착률을 조작할 수 있는 것, 실리카 나노 섬유를 인공체액 중에서 인큐베이션함으로써, 나노 섬유 표면에 인석회를 석출시킬 수 있고, 인공골용(人工骨用) 세포 담체로서 유용한 것, 등이 개시되어 있다(단락 번호 0015, 0018, 0025 등). For example,
그러나, 이러한 나노 섬유를 포함하는 스캐폴드는 세포 기능이 낮은 것이었다.
However, scaffolds containing these nanofibers were of low cellular function.
본 발명의 과제는, 종래 기술의 이들 과제를 해결하고, 보형성, 강도를 필요로 하는 용도에도 사용할 수 있는 벌키한 무기계 섬유 구조체, 상기 성능이 뛰어남으로써, 세포 증식능이 높고, 고밀도 배양을 행할 수 있으며, 또한, 세포 기능도 발현되기 쉽고, 섬유 밀도나 두께의 제어가 가능하며, 배양 상태를 관찰하기가 용이한 무기계 섬유 구조체, 세포 기능이 높고, 항균성이 뛰어난 등, 기능성이 뛰어난 무기계 섬유 구조체, 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
The problem of the present invention is to solve these problems of the prior art, and to use a bulky inorganic fiber structure which can be used for applications requiring shape retention and strength, and excellent in the above-mentioned performance, thereby having high cell proliferation ability and high density culture. In addition, the inorganic fiber structure having excellent functionality, such as easy to express cell function, control of fiber density and thickness, easy to observe the culture state, high cellular function, excellent antibacterial properties, And a method for producing the same.
본 발명은, (1) 평균 섬유 직경 3μm 이하의 무기계 나노 섬유로 이루어지는 무기계 섬유 구조체로서, 내부를 포함하여 전체가 무기계 접착제로 접착된, 공극률이 90% 이상인 무기계 섬유 구조체;The present invention relates to (1) an inorganic fiber structure made of inorganic nanofibers having an average fiber diameter of 3 μm or less, the inorganic fiber structure having a porosity of 90% or more, including the whole, bonded with an inorganic adhesive;
(2) 인장 파단 강도(引張 破斷 强度)가 0.2MPa 이상인, (1)의 무기계 섬유 구조체;(2) the inorganic fiber structure of (1), wherein the tensile breaking strength is 0.2 MPa or more;
(3) 섬유 단위 중량 당 수산기(水酸基)량이 50μmol/g 이상인, (1) 또는 (2)의 무기계 섬유 구조체;(3) the inorganic fiber structure according to (1) or (2), wherein the amount of hydroxyl groups per fiber weight of the fiber is 50 µmol / g or more;
(4) 정전 방사법에 의해 방사된 무기계 섬유에 대해, 상기 무기계 섬유와 반대 극성의 이온을 조사하고, 집적시키는 공정을 포함하여 제조된 무기계 섬유 집합체를, 내부를 포함하는 전체에 있어서, 무기계 접착제로 접착한, (1) 내지 (3)의 무기계 섬유 구조체;(4) The inorganic fiber aggregate produced by the electrostatic spinning method including the step of irradiating and integrating ions of opposite polarity to the inorganic fibers and integrating the inorganic fiber aggregates, including the inside, as an inorganic adhesive Bonded inorganic fiber structures of (1) to (3);
(5) 무기계 섬유 사이에 피막을 형성하지 않은, (1) 내지 (4)의 무기계 섬유 구조체;(5) the inorganic fiber structure of (1) to (4), in which no film is formed between the inorganic fiber;
(6) (1) 내지 (5)의 무기계 섬유 구조체에 금속 이온 함유 화합물을 부여한, 기능성을 갖는 무기계 섬유 구조체;(6) an inorganic fiber structure having functionality wherein a metal ion-containing compound is imparted to the inorganic fiber structure of (1) to (5);
(7) 배양 담체로서 사용하는, (1) 내지 (6)의 무기계 섬유 구조체;(7) the inorganic fiber structure of (1) to (6), which is used as a culture carrier;
(8) (i) 무기 성분을 주체로 하는 화합물을 포함하는 방사용 무기계 졸 용액으로부터, 정전 방사법에 의해 무기계 섬유를 방사하는 공정과, (8) (i) spinning a inorganic fiber from the spinning inorganic sol solution containing a compound mainly composed of an inorganic component by electrostatic spinning;
(ⅱ) 상기 무기계 섬유와 반대 극성의 이온을 조사(照射)하고, 집적시켜 무기계 섬유 집합체를 형성하는 공정, 및(Ii) irradiating and integrating ions of opposite polarity to the inorganic fibers to form an inorganic fiber aggregate, and
(ⅲ) 상기 무기계 섬유 집합체의 내부를 포함하는 전체에, 무기 성분을 주체로 하는 화합물을 포함하는 접착용 무기계 졸 용액을 부여하고, 잉여의 접착용 무기계 졸 용액을 통기(通氣)에 의해 제거하고, 내부를 포함하는 전체에 있어서, 무기계 접착제로 접착한 무기계 섬유 구조체를 형성하는 공정을 포함하는, 무기계 섬유 구조체의 제조 방법;(Iii) Applying the inorganic sol solution for the adhesive containing the compound mainly composed of the inorganic component to the whole including the inside of the inorganic fiber aggregate, and removing the excess adhesive inorganic sol solution by aeration. In the whole including the inside, The manufacturing method of an inorganic fiber structure including the process of forming the inorganic fiber structure bonded by the inorganic adhesive;
(9) (ⅱ) 무기계 섬유 집합체를 형성하는 공정에 있어서, 무기계 섬유 집합체를 형성한 후에 열처리하는, (8)의 무기계 섬유 구조체의 제조 방법;(9) The method of manufacturing the inorganic fiber structure of (8) which is heat-processed after forming an inorganic fiber aggregate in the process of forming an inorganic fiber aggregate (ii);
(10) 열처리 온도가 500℃ 이하인, (9)의 무기계 섬유 구조체의 제조 방법;(10) The method for producing the inorganic fiber structure of (9), wherein the heat treatment temperature is 500 ° C. or less;
(11) (ⅲ) 무기계 섬유 구조체를 형성하는 공정에 있어서, 잉여의 접착용 무기계 졸 용액을 통기(通氣)에 의해 제거한 후에 열처리하는, (8) 내지 (10)의 무기계 섬유 구조체의 제조 방법;(11) (iii) A method of producing an inorganic fiber structure according to (8) to (10), wherein the step of forming an inorganic fiber structure includes heat treatment after removing the excess adhesive inorganic sol solution by aeration;
(12) 열처리 온도가 500℃ 이하인, (11)의 무기계 섬유 구조체의 제조 방법;(12) The manufacturing method of the inorganic fiber structure of (11) whose heat processing temperature is 500 degrees C or less;
(13) 상기 방사용 무기계 졸 용액 및/또는 접착용 무기계 졸 용액이 금속 이온 함유 화합물을 함유하는, (8) 내지 (12)의 무기계 섬유 구조체의 제조 방법;(13) The method for producing the inorganic fiber structure of (8) to (12), wherein the spinning inorganic sol solution and / or the bonding inorganic sol solution contains a metal ion-containing compound;
(14) (ⅲ) 무기계 섬유 구조체를 형성하는 공정을 실시한 후에, 금속 이온 함유 화합물 함유 용액을 상기 무기계 섬유 구조체에 부여하는, (8) 내지 (13)의 무기계 섬유 구조체의 제조 방법에 관한 것이다.
(14) (iii) After performing the process of forming an inorganic fiber structure, it is related with the manufacturing method of the inorganic fiber structure of (8)-(13) which gives a metal ion containing compound containing solution to the said inorganic fiber structure.
상기 (1)의 본 발명의 무기계 섬유 구조체는, 내부를 포함하는 전체가 무기계 접착제로 접착되어 있기 때문에, 보형성이 뛰어나고, 충분한 강도를 갖는다. 특히, 액체 중에 있어서도, 보형성이 뛰어나고, 충분한 강도를 갖는다. 또한, 무기계 섬유 구조체의 공극률이 90% 이상이기 때문에, 단열재의 용도, 여과 용도, 세포 등의 배양 담체 용도, 스캐폴드 용도, 항균 재료 용도 등, 벌키한 것이 바람직한 용도에 적용할 수 있다. The inorganic fiber structure of the present invention according to the above (1) is excellent in shape retention and has sufficient strength because the whole including the inside is bonded with an inorganic adhesive. Especially in a liquid, it is excellent in shape retention and has sufficient strength. Moreover, since the porosity of an inorganic fiber structure is 90% or more, bulky things, such as a use of a heat insulating material, a filtration use, a culture carrier use, such as a cell, a scaffold use, and an antibacterial material use, are applicable.
상기 (2)의 본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 인장 파단 강도가 0.2MPa 이상이기 때문에, 보형성이 뛰어나고, 충분한 강도를 갖는다. According to a preferred embodiment of the present invention of (2), the tensile strength at break is 0.2 MPa or more, so the shape retention is excellent and the strength is sufficient.
상기 (3)의 본 발명의 다른 바람직한 실시형태에 따르면, 섬유 단위 중량 당 수산기량이 50μmol/g 이상이기 때문에, 아파타이트(アパタイト) 등을 섬유 표면에 석출시킬 수가 있어, 무기계 섬유 구조체에 기능을 부여할 수 있다. According to another preferred embodiment of the present invention of (3), since the amount of hydroxyl groups per fiber unit weight is 50 µmol / g or more, apatite or the like can be deposited on the fiber surface, thereby imparting a function to the inorganic fiber structure. can do.
상기 (4)의 본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에 따르면, 정전 방사법에 의해 방사된 섬유를 사용하고 있고, 섬유 직경이 가늘기 때문에, 표면적이 넓다. 나아가, 구멍 직경 분포가 균일하므로, 무기계 섬유 구조체 내부에 균일 공간이 존재한다. 이 결과, 기능을 충분히 발휘할 수 있다. 예를 들어, 배양 담체로서 사용한 경우, 세포의 비계(足場)가 되는 표면적이 넓기 때문에, 표면적이 넓은 균일 공간에서의 3차원 배양이 가능하다. 또한, 세포와, 세포와의 비계(足場)가 되는 섬유와의 접착 효율이 향상되고, 나아가, 세포에 필요 불가결한 영양소나 산소 등의 공급 효율이 향상되기 때문에, 세포 증식능이 뛰어나고, 고밀도 배양할 수 있다. According to still another preferred embodiment of the present invention of (4), the fiber spun by the electrospinning method is used, and because the fiber diameter is thin, the surface area is wide. Furthermore, since the hole diameter distribution is uniform, a uniform space exists inside the inorganic fiber structure. As a result, the function can be sufficiently exhibited. For example, when used as a culture carrier, since the surface area serving as a cell scaffold is large, three-dimensional culture in a uniform space having a large surface area is possible. In addition, the adhesion efficiency between the cells and the fibers serving as the scaffolds of the cells is improved, and further, the supply efficiency of nutrients and oxygen, which are indispensable to the cells, is improved. Can be.
또한, 무기계 섬유와는 반대 극성의 이온을 조사하고, 집적하여 무기계 섬유 집합체를 형성한 결과, 즉, 중화 방사법에 유래하는 90% 이상의 높은 공극률(벌키)의 결과, 섬유 밀도가 낮기 때문에, 무기계 섬유 구조체 내부를 유효하게 이용할 수 있다. 예를 들어, 배양 기재로서 사용한 경우, 섬유 밀도가 낮기 때문에, 세포가 배양 담체 내부까지 확산되기 쉽다는 효과를 이룬다. 또한, 무기계 섬유와는 반대 극성의 이온을 조사하고, 집적하여 무기계 섬유 집합체를 형성하였기 때문에, 벌키해져, 관찰 가능할 때까지의 섬유 밀도와 두께의 제어가 가능하다. 또한, 섬유와 반대 극성의 이온을 조사하고, 집적하기 때문에 90% 이상의 높은 공극률이 된다. In addition, inorganic fibers are irradiated with ions of opposite polarity to inorganic fibers to form inorganic fiber aggregates, that is, as a result of high porosity (bulky) of 90% or more derived from the neutralizing spinning method, the inorganic fibers are low. The inside of the structure can be used effectively. For example, when used as a culture substrate, since the fiber density is low, the cell is easily spread to the inside of the culture carrier. Further, since the inorganic fibers are irradiated with ions of opposite polarity and accumulated to form an inorganic fiber aggregate, the fiber density and thickness can be controlled until they become bulky and observable. In addition, since ions of opposite polarity to the fiber are irradiated and accumulated, a high porosity of 90% or more is achieved.
나아가, 무기계 섬유 집합체이기 때문에, 무기계 접착제를 부여할 때 두께가 변형되지 않는다. 그 결과, 섬유 밀도와 두께의 제어가 가능하다. 따라서, 배양 기재로서 사용한 경우, 배양 상태를 관찰하기가 용이하다.Furthermore, because it is an inorganic fiber aggregate, the thickness does not deform when giving an inorganic adhesive. As a result, control of fiber density and thickness is possible. Therefore, when used as a culture substrate, it is easy to observe the culture state.
나아가, 무기계 접착제로 접착되어 있기 때문에, 용액 중 등 다양한 사용 조건 하에서 형태를 유지할 수 있고, 따라서 무기계 섬유 구조체 내부를 유효하게 이용할 수 있다. 배양 기재로 한 경우, 3차원으로 배양할 수 있고, 세포가 조직 환경에 가까운 상태에서 배양되기 때문에, 세포 기능을 발현하기가 용이하다. Furthermore, since it is adhere | attached with an inorganic adhesive agent, it can maintain a form under various use conditions, such as in a solution, and can therefore utilize the inside of an inorganic fiber structure effectively. In the case of the culture substrate, the cells can be cultured in three dimensions, and the cells are cultured in a state close to the tissue environment, whereby cell functions can be easily expressed.
나아가, 무기계 섬유 구조체는 내부를 포함하는 전체에 있어서, 무기계 접착제로 접착되어 있기 때문에, 90% 이상의 공극률을 유지하는 것이 가능하다. 예를 들어, 배양 담체로서 사용한 경우, 세포에 필요 불가결한 영양소나 산소 등의 공급 효율을 향상시킬 수 있고, 또한 세포 배양에 필요한 비계(足場)가 많기 때문에 고밀도 배양할 수 있다. Furthermore, since the inorganic fiber structure is adhered with the inorganic adhesive in the whole including the inside, it is possible to maintain the porosity of 90% or more. For example, when it is used as a culture carrier, it is possible to improve the supply efficiency of nutrients and oxygen, which are indispensable to the cells, and because there are many scaffolds required for cell culture, high density culture can be performed.
상기 (5)의 본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에 따르면, 무기계 섬유 구조체는 내부를 포함하는 전체에 있어서, 무기계 섬유 사이에 피막을 형성하지 않고, 무기계 접착제로 접착되어 있기 때문에, 90% 이상의 공극률을 유지하는 것이 가능하다. 예를 들어, 배양 담체로서 사용한 경우, 세포에 필요 불가결한 영양소나 산소 등의 공급 효율을 향상시킬 수 있고, 또한, 세포 배양에 필요한 비계가 많기 때문에, 고밀도 배양할 수 있다. According to still another preferred embodiment of the present invention of (5), the inorganic fiber structure has a porosity of 90% or more because the inorganic fiber structure is adhered with an inorganic adhesive without forming a film between the inorganic fibers in the whole including the inside. It is possible to keep. For example, when used as a culture carrier, it is possible to improve the supply efficiency of nutrients, oxygen and the like which are indispensable to the cells, and since there are many scaffolds required for cell culture, high density culture can be achieved.
상기 (6)의 본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에 따르면, 금속 이온 함유 화합물이 부여되어 함유되기 때문에, 세포 기능이 높고, 항균성이 뛰어난 등, 기능성이 뛰어나다. According to still another preferred embodiment of the present invention described in (6), since the metal ion-containing compound is provided and contained, the cell function is high, and the antibacterial property is excellent.
상기 (7)의 본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에 따르면, 본 발명의 무기계 섬유 구조체를 배양 담체로서 사용한 경우, 평균 섬유 직경이 3μm 이하로 가늘기 때문에, 표면적이 넓다. 그 결과, 세포와, 세포와의 비계가 되는 섬유와의 접착 효율이 향상되고, 나아가, 세포에 필요 불가결한 영양소나 산소 등의 공급 효율이 향상되기 때문에, 세포 증식능이 뛰어나고, 고밀도 배양할 수 있다. According to still another preferred embodiment of the present invention described in (7) above, when the inorganic fiber structure of the present invention is used as a culture carrier, the average fiber diameter is thin to 3 µm or less, so that the surface area is wide. As a result, the adhesion efficiency between the cells and the fibers serving as the scaffolds of the cells is improved, and further, the supply efficiency of nutrients and oxygen, which are indispensable to the cells, is improved, so that the cell proliferation ability is excellent and high density culture can be performed. .
또한, 무기계 접착제로 접착되어 있기 때문에, 배양액 중에 있어서도 형태를 유지할 수 있다. 그 결과, 무기계 섬유 구조체의 벌키한 구조를 유지할 수 있기 때문에, 3차원으로 배양할 수 있고, 세포가 조직 환경에 가까운 상태에서 배양되기 때문에, 세포 기능을 발현하기가 용이하다. Moreover, since it is adhere | attached with an inorganic adhesive agent, the form can be maintained also in a culture liquid. As a result, since the bulky structure of the inorganic fiber structure can be maintained, it can be cultured in three dimensions, and since cells are cultured in a state close to the tissue environment, it is easy to express cell function.
상기 (8)의 본 발명의 제조 방법에 따르면, 본 발명의 무기계 섬유 구조체를 제조할 수 있다. 특히, 잉여의 접착용 무기계 졸 용액을 통기(通氣)에 의해 제거하고 있기 때문에, 내부를 포함하는 전체에 있어서, 무기계 섬유 사이에 피막을 형성하지 않고, 무기계 접착제로 접착한, 벌키한 상태를 유지한 채, 보형성, 강도가 뛰어난 무기계 섬유 구조체를 제조할 수 있다. According to the manufacturing method of this invention of said (8), the inorganic fiber structure of this invention can be manufactured. In particular, since the excess adhesive inorganic sol solution is removed by aeration, the bulky state bonded to the inorganic adhesive is maintained without forming a film between the inorganic fibers in the whole including the inside. In addition, an inorganic fiber structure having excellent shape retention and strength can be produced.
상기 (9)의 본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, (ⅱ) 무기계 섬유 집합체를 형성하는 공정에 있어서, 무기계 섬유 집합체를 형성한 후에 열처리하기 때문에, 무기계 섬유 구조체의 구조나 내열성이 안정된다. According to a preferred embodiment of the present invention of (9), in the step of forming the inorganic fiber aggregate, the heat treatment is performed after the inorganic fiber aggregate is formed, so that the structure and the heat resistance of the inorganic fiber structure are stable.
상기 (10)의 본 발명의 다른 바람직한 실시형태에 따르면, 열처리 온도가 500℃ 이하이기 때문에, 무기계 섬유 구조체의 친수성을 높일 수 있다. 또한, 배양 기재로서 사용하는 경우에는, 세포를 스페로이드(spheroid; スフェロイド) 형태로 배양하기가 용이하다. According to another preferred embodiment of the present invention of (10), since the heat treatment temperature is 500 ° C or less, the hydrophilicity of the inorganic fiber structure can be improved. Moreover, when using as a culture base material, it is easy to culture a cell in the form of a spheroid.
상기 (11)의 본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에 따르면, (ⅲ) 무기계 섬유 구조체를 형성하는 공정에 있어서, 잉여의 접착용 무기계 졸 용액을 통기(通氣)에 의해 제거한 후에 열처리하기 때문에, 무기계 섬유 구조체의 강도 및 내열성이 향상된다. According to still another preferred embodiment of the present invention described in (11), in the step of forming the inorganic fiber structure, the inorganic adhesive sol solution is heat treated after removing the excess adhesive inorganic sol solution by aeration. The strength and heat resistance of the fiber structure are improved.
상기 (12)의 본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에 따르면, 열처리 온도가 500℃ 이하이기 때문에, 무기계 섬유 구조체의 친수성을 높일 수 있다. 또한, 배양 기재로서 사용하는 경우에는, 세포를 스페로이드(スフェロイド) 형태로 배양하기가 용이하다. According to still another preferred embodiment of the present invention of (12), since the heat treatment temperature is 500 ° C or less, the hydrophilicity of the inorganic fiber structure can be improved. Moreover, when using as a culture base material, it is easy to culture a cell in the form of a spheroid.
상기 (13)의 본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 방사용 무기계 졸 용액 및/또는 접착용 무기계 졸 용액이 금속 이온 함유 화합물을 함유하고 있기 때문에, 금속 이온 함유 화합물을 함유하고, 세포 기능이 높으며, 항균성이 뛰어난 등, 기능성이 뛰어난 무기계 섬유 구조체를 제조할 수 있다. According to still another preferred embodiment of the present invention described in (13), since the inorganic sol solution for spinning and / or the inorganic sol solution for adhesion contains a metal ion-containing compound, the cell contains a metal ion-containing compound, and the cell The inorganic fiber structure excellent in functionality, such as high function and excellent antibacterial property, can be manufactured.
상기 (14)의 본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에 따르면, 금속 이온 함유 화합물 함유 용액을 무기계 섬유 구조체에 부여하고 있기 때문에, 금속 이온 함유 화합물을 함유하고, 세포 기능이 높으며, 항균성이 뛰어난 등, 기능성이 뛰어난 무기계 섬유 구조체를 제조할 수 있다.
According to still another preferred embodiment of the present invention described in (14), since the metal ion-containing compound-containing solution is imparted to the inorganic fiber structure, the metal ion-containing compound is contained, the cell function is high, and the antibacterial property is excellent. The inorganic fiber structure excellent in functionality can be manufactured.
도 1은 본 발명의 제조 방법에 있어서의 방사 공정 (1) 및 집적 공정 (2)을 실시할 수 있는 정전 방사 장치의 일 실시형태를 모식적으로 보인 설명도이다.
도 2는 방사용 무기계 졸 용액중에 담근 에지 전극을 모식적으로 보인 설명도이다.
도 3은 방사용 무기계 졸 용액중에 담근 컨베어 형태의 와이어 전극을 모식적으로 보인 설명도이다.
도 4의 (a)는 연면(沿面) 방전 소자의 구조를 모식적으로 보인 평면도이고, (b)는 연면(沿面) 방전 소자의 구조를 모식적으로 보인 측면도이다.
도 5는 본 발명의 제조 방법에 있어서의 방사 공정 (1) 및 집적 공정 (2)을 실시할 수 있는 정전 방사 장치의 다른 일 실시형태를 모식적으로 보인 설명도이다.
도 6은 본 발명의 제조 방법에 있어서의 방사 공정 (1) 및 집적 공정 (2)을 실시할 수 있는 정전 방사 장치의 또 다른 일 실시형태를 모식적으로 보인 설명도이다.
도 7은 실시예 10에서 조제한 본 발명의 배양 담체 A 상에서 14일간 배양한 CHO-K1 세포의 형태를 보인 SEM 사진이다.
도 8은 비교예 10에서 조제한 비교용 배양 담체 c 상에서 14일간 배양한 CHO-K1 세포의 형태를 보인 SEM 사진이다.
도 9는 실시예 10에서 조제한 본 발명의 배양 담체 A, 및 비교예 8 내지 10에서 조제한 비교용 배양 담체 a 내지 c 상에서의 CHO-K1 세포의 세포 접착률을 보인 그래프이다.
도 10은 도 9에 도시한 각 배양 담체에 있어서의 배양일 수 14일까지의 CHO-K1 세포의 단위 접시(dish) 당 세포수 변화를 보인 그래프이다.
도 11은 실시예 10에서 조제한 본 발명의 배양 담체 A, 및 비교예 8 내지 10에서 조제한 비교용 배양 담체 a 내지 c에 있어서의 배양일 수 14일까지의 HepG2 세포의 단위 접시 당 세포수 변화를 보인 그래프이다.
도 12는 도 11에 도시한 각 배양 담체에 있어서의 배양일 수 14일까지의 HepG2 세포가 가져오는 배지 중의 암모니아 제거능(단위 접시 당 암모니아 농도 변화)을 측정한 결과를 보인 그래프이다.
도 13은 도 11에 도시한 각 배양 담체에 있어서의 배양일 수 14일까지의 HepG2 세포의 알부민 농도 변화(단위 접시 당)를 측정한 결과를 보인 그래프이다.
도 14는 본 발명의 바람직한 실시형태인 실시예 11 내지 13의 무기계 섬유 구조체와, 본 발명의 실시예 14 내지 15의 각 시료 상에서 21일간 배양한 인간 골육종MG63 세포의 세포수 추이를 보인 그래프이다.
도 15는 도 14에 도시한 배양에 있어서, 인간 골육종MG63 세포가 분비하는 알칼리 포스파타아제(ALP)의 단위 세포 당 효소 활성(단위:ABS/103 세포)의 경시적(經時的) 추이를 보인 그래프이다.
도 16은 도 15에 도시한 ALP 효소 활성에 관해, 배양 14일차의 값을 보인 그래프이다.
도 17은 열처리 온도와 수산기량과의 관계를 보인 그래프이다.
도 18은 참고예 1의 배양 담체 상에서 14일간 배양한 HepG2 세포의 형태를 보인 SEM 사진이다.
도 19는 참고예 2의 배양 담체 상에서 14일간 배양한 HepG2 세포의 형태를 보인 SEM 사진이다.
도 20은 참고예 3의 배양 담체 상에서 14일간 배양한 HepG2 세포의 형태를 보인 SEM 사진이다.
도 21은 참고예 4의 배양 담체 상에서 14일간 배양한 HepG2 세포의 형태를 보인 SEM 사진이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is explanatory drawing which showed typically embodiment of the electrostatic spinning apparatus which can perform the spinning process (1) and the integration process (2) in the manufacturing method of this invention.
2 is an explanatory view schematically showing an edge electrode dipped in a spinning inorganic sol solution.
FIG. 3 is an explanatory view schematically showing a wire electrode in a conveyor form dipped in a spinning inorganic sol solution. FIG.
FIG. 4A is a plan view schematically showing the structure of a surface discharge element, and (b) is a side view schematically showing the structure of a surface discharge element.
FIG. 5: is explanatory drawing which showed typically another embodiment of the electrostatic spinning apparatus which can perform the spinning process (1) and the integration process (2) in the manufacturing method of this invention.
FIG. 6: is explanatory drawing which showed typically another embodiment of the electrostatic spinning apparatus which can perform the spinning process (1) and the integration process (2) in the manufacturing method of this invention.
FIG. 7 is a SEM photograph showing the morphology of CHO-K1 cells cultured on culture carrier A of the present invention prepared in Example 10 for 14 days.
8 is a SEM photograph showing the morphology of CHO-K1 cells cultured on a comparative culture carrier c prepared in Comparative Example 10 for 14 days.
9 is a graph showing the cell adhesion rate of CHO-K1 cells on the culture carrier A of the present invention prepared in Example 10 and the comparative culture carriers a to c prepared in Comparative Examples 8 to 10.
FIG. 10 is a graph showing cell number change per dish of CHO-K1 cells up to 14 days of culture in each culture carrier shown in FIG. 9.
Figure 11 shows the change in the number of cells per unit dish of HepG2 cells up to 14 days of culture in the culture carrier A of the present invention prepared in Example 10, and the comparative culture carriers a to c prepared in Comparative Examples 8 to 10 This is the graph shown.
FIG. 12 is a graph showing the results of measuring ammonia removal ability (change in ammonia concentration per unit dish) in the medium brought by HepG2 cells up to 14 days of culture in each culture carrier shown in FIG. 11.
FIG. 13 is a graph showing the results of measuring albumin concentration change (per unit dish) of HepG2 cells up to 14 days of culture in each culture carrier shown in FIG. 11.
Fig. 14 is a graph showing the cell number trends of the inorganic fibrous structures of Examples 11 to 13, which are preferred embodiments of the present invention, and human osteosarcoma MG63 cells cultured for 21 days on each of the samples of Examples 14 to 15 of the present invention.
FIG. 15 shows the time course of enzymatic activity (unit: ABS / 10 3 cells) per unit cell of alkaline phosphatase (ALP) secreted by human osteosarcoma MG63 cells in the culture shown in FIG. 14. This graph shows
FIG. 16 is a graph showing the value of the 14th day of culture with respect to the ALP enzyme activity shown in FIG. 15.
17 is a graph showing the relationship between the heat treatment temperature and the amount of hydroxyl groups.
18 is a SEM photograph showing the morphology of HepG2 cells cultured on the culture carrier of Reference Example 1 for 14 days.
19 is a SEM photograph showing the morphology of HepG2 cells cultured on the culture carrier of Reference Example 2 for 14 days.
20 is a SEM photograph showing the morphology of HepG2 cells cultured on the culture carrier of Reference Example 14 for 14 days.
21 is a SEM photograph showing the morphology of HepG2 cells cultured on the culture carrier of Reference Example 14 for 14 days.
이하, 첨부 도면에 따라, 본 발명의 제조 방법에 대해 설명하고, 나아가 본 발명의 무기계 섬유 구조체에 대해 설명한다. EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, according to an accompanying drawing, the manufacturing method of this invention is demonstrated, Furthermore, the inorganic fiber structure of this invention is demonstrated.
본 발명의 제조 방법은, The manufacturing method of the present invention,
(1) 무기 성분을 주체로 하는 화합물을 포함하는 방사용 무기계 졸 용액으로부터, 정전 방사법에 의해 무기계 섬유를 방사하는 공정(방사 공정), (1) A step (spinning step) of spinning an inorganic fiber by an electrospinning method from a spinning inorganic sol solution containing a compound mainly composed of an inorganic component,
(2) 상기 무기계 섬유와 반대 극성의 이온을 조사하고, 집적시켜 무기계 섬유 집합체를 형성하는 공정(집적 공정), (2) a step (integration step) of irradiating and integrating ions of opposite polarity to the inorganic fiber to form an inorganic fiber aggregate;
(3) 상기 무기계 섬유 집합체의 내부를 포함하는 전체에, 무기 성분을 주체로 하는 화합물을 포함하는 접착용 무기계 졸 용액을 부여하고, 잉여의 접착용 무기계 졸 용액을 통기(通氣)에 의해 제거하고, 내부를 포함하는 전체에 있어서, 무기계 접착제로 접착한 무기계 섬유 구조체를 형성하는 공정(접착 공정)을 포함하며, 원하는 경우, (3) To the whole including the inside of the said inorganic fiber aggregate, the adhesive inorganic sol solution containing the compound which mainly uses an inorganic component is provided, and the excess adhesive inorganic sol solution is removed by ventilation. In the whole including the inside, including the step of forming an inorganic fiber structure bonded with an inorganic adhesive (adhesive step), if desired,
(4) 금속 이온 함유 화합물 함유 용액을 상기 무기계 섬유 구조체에 부여하고, 무기계 섬유 구조체에 기능성을 부여하는 공정(금속 이온 함유 화합물 함유 용액 부여 공정)을 더 포함할 수 있다. (4) The method of providing a metal ion containing compound containing solution to the said inorganic fiber structure, and providing a functional property to an inorganic fiber structure (metal ion containing compound containing solution provision process) can further be included.
본 발명의 제조 방법에서는, 상기 금속 이온 함유 화합물 함유 용액 부여 공정 (4) 대신, 혹은 상기 공정 (4)에 부가하여, 방사 공정 (1)에서 사용하는 방사용 무기계 졸 용액, 및/또는, 접착 공정 (3)에서 사용하는 접착용 무기계 졸 용액에 금속 이온 함유 화합물을 첨가할 수 있다.
In the manufacturing method of this invention, the inorganic sol solution for spinning used in the spinning process (1), and / or adhesion instead of the said metal ion containing compound containing solution provision process (4), or in addition to the said process (4). A metal ion containing compound can be added to the adhesion | attachment inorganic sol solution used at a process (3).
도 1은 본 발명의 제조 방법에 있어서의 방사 공정 (1) 및 집적 공정 (2)을 실시할 수 있는 정전 방사 장치의 일 실시형태를 모식적으로 보인 설명도이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is explanatory drawing which showed typically one Embodiment of the electrostatic spinning apparatus which can implement the spinning process (1) and the integration process (2) in the manufacturing method of this invention.
도 1에 있어서, 정전 방사 장치(1)는, 섬유의 원료가 되는, 무기 성분을 주체로 하는 화합물을 포함하는 방사용 무기계 졸 용액을 토출하는 방사 노즐(2)과, 이 방사 노즐(2)의 선단 하방에 배치된 섬유 회수 장치인 섬유 회수 용기(3) 내에 배치된 포집 부재(예를 들어 네트, 컨베어 등)(4)를 구비하고 있다. 또한, 방사 노즐(2)에 대향하여 배치되며, 토출되어 형성하는 섬유와는 반대 극성의 이온을 발생하는 이온 발생 수단이면서, 전기적으로 섬유를 흡인할 수 있는 대향 전극(5)을 구비하고 있다. 방사 노즐(2)에는, 방사용 무기계 졸 용액을 공급하는 졸 용액 공급기(6)가 접속되어 있으며, 방사 노즐(2) 및 대향 전극(5)에는 각각 제1 고전압 전원(7) 및 제2 고전압 전원(8)이 접속되어 있다. 또한, 섬유 회수 용기(3)에는, 섬유를 섬유 회수 용기(3)에 흡인하는 흡인기(9)가 마련되어 있다. In Fig. 1, the
방사 노즐(2)로는, 내경 0.01 내지 5 밀리미터 정도의 금속·비금속 파이프를 사용할 수 있다. 또한, 도 2에 도시한 바와 같이, 방사용 무기계 졸 용액(21)을 수용한 졸 용액 용기(22) 중에 회전하는 톱니형 기어(20)를 침지시키고, 대향 전극(5)을 향하는 톱니형 기어(20)의 선단부(20a)를 전극으로 하는 에지 전극을 사용할 수 있다. 마찬가지로 도 3에 도시한 바와 같이, 와이어(20b)를 롤러(23)에 의해 졸 용액 용기(22) 내를 회전시키고, 방사용 무기계 졸 용액(21)이 부착된 컨베어 형태의 와이어(20b)를 전극으로서 사용할 수도 있다. 또한, 도 3에 있어서는, 대향 전극(도시하지 않음)은, 지면(紙面)에 수직하게 배치되어 있다. 나아가, 종래의 다양한 정전 방사용 전극을 이용할 수도 있다. As the spinning
대향 전극(5)으로는, 코로나 방전용 니들(고전압 인가 혹은 접지일 수도 있음), 코로나 방전용 와이어(고전압 인가 혹은 접지일 수도 있음), 교류 방전 소자 등을 사용할 수 있다. 또한, 교류 방전 소자로서, 도 4에 도시한 바와 같은 연면(沿面) 방전 소자를 사용할 수 있다. 즉 도 4에 있어서, 연면(沿面) 방전 소자(25)는, 유전체 기판(26)(예를 들어, 알루미나막)을 사이에 두고 방전 전극(27) 및 유기(誘起) 전극(28)을 마련하고, 이들 전극 사이에 교류의 고전압을 인가함으로써, 방전 전극(27) 부분에서 연면 방전을 일으켜, 양 및 음의 이온을 생성할 수 있다.
As the
방사 공정 (1)에서는, 먼저, (1) 무기 성분을 주체로 하는 화합물을 포함하는 방사용 무기계 졸 용액을 형성하는 공정을 실시한다. 본 명세서에 있어서 「무기 성분을 주체로 하는」이란, 무기 성분이 50mass% 이상을 차지하고 있는 것을 의미하고, 60mass% 이상을 차지하고 있는 것이 보다 바람직하고, 75mass% 이상을 차지하고 있는 것이 보다 바람직하다. In the spinning step (1), first, a step of forming a spinning inorganic sol solution containing a compound mainly composed of (1) an inorganic component is performed. As used herein, "mainly composed of inorganic components" means that the inorganic components occupy 50 mass% or more, more preferably 60 mass% or more, and more preferably 75 mass% or more.
이 방사용 무기계 졸 용액은, 본 발명의 제조 방법에서 최종적으로 얻어지는 무기계 섬유를 구성하는 원소를 포함하는 화합물을 포함하는 용액(원료 용액)을, 100℃ 이하 정도의 온도에서 가수 분해시키고, 축중합시킴으로써 얻을 수 있다. 상기 원료 용액의 용매는, 예를 들어, 유기 용매(예를 들어 알코올) 또는 물이다. This spinning inorganic sol solution hydrocondenses a solution (raw material solution) containing a compound containing an element constituting the inorganic fiber finally obtained by the production method of the present invention at a temperature of about 100 ° C. or less. Can be obtained. The solvent of the raw material solution is, for example, an organic solvent (for example, alcohol) or water.
이 화합물을 구성하는 원소는 특별히 한정되는 것은 아니나, 예를 들어, 리튬, 베릴륨, 붕소, 탄소, 나트륨, 마그네슘, 알루미늄, 규소, 인, 황, 칼륨, 칼슘, 스칸듐, 티타늄, 바나듐, 크롬, 망간, 철, 코발트, 니켈, 구리, 아연, 갈륨, 게르마늄, 비소, 셀렌, 루비듐, 스트론튬, 이트륨, 지르코늄, 니오븀, 몰리브덴, 카드뮴, 인듐, 주석, 안티몬, 텔루륨, 세슘, 바륨, 란탄, 하프늄, 탄탈, 텅스텐, 수은, 탈륨, 납, 비스무트, 세륨, 프라세오디뮴, 네오듐, 프로메튬, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 툴륨, 이테르븀, 또는 루테튬 등을 들 수 있다. The elements constituting this compound are not particularly limited, but, for example, lithium, beryllium, boron, carbon, sodium, magnesium, aluminum, silicon, phosphorus, sulfur, potassium, calcium, scandium, titanium, vanadium, chromium and manganese , Iron, cobalt, nickel, copper, zinc, gallium, germanium, arsenic, selenium, rubidium, strontium, yttrium, zirconium, niobium, molybdenum, cadmium, indium, tin, antimony, tellurium, cesium, barium, lanthanum, hafnium, Tantalum, tungsten, mercury, thallium, lead, bismuth, cerium, praseodymium, neodium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, or ruthetium.
상기한 화합물로는, 예를 들어 상기 원소의 산화물을 들 수 있으며, 구체적으로는, SiO2, Al2O3, B2O3, TiO2, ZrO2, CeO2, FeO, Fe3O4, Fe2O3, VO2, V2O5, SnO2, CdO, LiO2, WO3, Nb2O5, Ta2O5, In2O3, GeO2, PbTi4O9, LiNbO3, BaTiO3, PbZrO3, KTaO3, Li2B4O7, NiFe2O4, SrTiO3 등을 들 수 있다. 상기의 무기 성분은, 한 성분의 산화물로 구성되어 있을 수도 있고, 두 성분 이상의 산화물로 구성되어 있을 수도 있다. 예를 들어, SiO2-Al2O3의 두 성분으로 구성할 수 있다. The above-mentioned compound is, for example, may be made of an oxide of the elements, specifically, SiO 2, Al 2 O 3 , B 2
상기한 방사용 무기계 졸 용액은, 후술하는 섬유를 형성하는 공정에 있어서 방사가 가능해지는 점도를 가지고 있을 필요가 있다. 그 점도는, 방사 가능한 점도인 한 특별히 한정되는 것은 아니나, 바람직하게는 0.1 내지 100 포아즈, 보다 바람직하게는 0.5 내지 20 포아즈, 특히 바람직하게는 1 내지 10 포아즈, 가장 바람직하게는 1 내지 5 포아즈이다. 점도가 100 포아즈를 초과하면 세섬유화(細纖維化)가 어려워지고, 0.1 포아즈 미만이 되면 섬유 형상을 얻을 수 없게 되는 경향이 있기 때문이다. 또한, 노즐을 사용하는 경우에는, 노즐 선단 부분에 있어서의 분위기를 원료 용액과 동일한 용매 가스 분위기로 하는 경우에는, 100 포아즈를 초과하는 방사용 무기계 졸 용액이라도 방사 가능한 경우가 있다. The above-mentioned inorganic sol solution for spinning needs to have a viscosity at which spinning is possible in the step of forming a fiber to be described later. The viscosity is not particularly limited as long as it is a spinnable viscosity, but it is preferably 0.1 to 100 poise, more preferably 0.5 to 20 poise, particularly preferably 1 to 10 poise, most preferably 1 to 5 poise. This is because when the viscosity exceeds 100 poises, fine fiberization becomes difficult, and when the viscosity is less than 0.1 poises, the fiber shape tends to be impossible to obtain. In addition, when using a nozzle, when making the atmosphere in a nozzle tip part into the same solvent gas atmosphere as a raw material solution, even if it is an inorganic sol solution for spinning exceeding 100 poise, it may be able to spin.
방사 공정 (1)에서 사용하는 방사용 무기계 졸 용액은, 전술한 바와 같은 무기 성분 이외에, 유기 성분을 포함하고 있을 수 있으며, 이 유기 성분으로서, 예를 들어, 실란 커플링제, 염료 등의 유기 저분자 화합물, 폴리메틸메타크릴레이트 등의 유기 고분자 화합물 등을 들 수 있다. 보다 구체적으로는, 상기 원료 용액에 포함되는 화합물이 실란계 화합물인 경우에는, 메틸기나 에폭시기로 유기 수식된 실란계 화합물이 중축합된 것을 포함하고 있을 수 있다. The inorganic sol solution for spinning used in the spinning step (1) may contain an organic component in addition to the inorganic components as described above, and as the organic component, for example, an organic low molecule such as a silane coupling agent or a dye Organic high molecular compounds, such as a compound and polymethyl methacrylate, etc. are mentioned. More specifically, when the compound contained in the said raw material solution is a silane type compound, the compound in which the silane type compound organic modified by the methyl group or the epoxy group was polycondensed may be included.
상기 원료 용액은, 상기 원료 용액에 포함되는 화합물을 안정화시키는 용매(예를 들어, 유기 용매(예를 들어, 에탄올 등의 알코올류, 디메틸포름아미드) 또는 물), 상기 원료 용액에 포함되는 화합물을 가수 분해하기 위한 물, 및 가수 분해 반응을 원활하게 진행시킬 수 있는 촉매(예를 들어, 염산, 질산 등)를 포함하고 있을 수 있다. 또한, 상기 원료 용액은, 예를 들어, 화합물을 안정화시키는 킬레이트제, 상기 화합물의 안정화를 위한 실란 커플링제, 압전성 등의 각종 기능을 부여할 수 있는 화합물, 접착성 개선, 유연성, 경도(취성(脆性)) 조정을 위한 유기 화합물(예를 들어, 폴리메틸메타크릴레이트), 혹은 염료 등의 첨가제를 포함하고 있을 수 있다. 또한, 이들 첨가제는, 가수 분해를 행하기 전, 가수 분해를 행할 때, 혹은 가수 분해 후에 첨가할 수 있다. The raw material solution is a solvent for stabilizing a compound contained in the raw material solution (for example, an organic solvent (for example, alcohols such as ethanol, dimethylformamide) or water), the compound contained in the raw material solution It may include water for hydrolysis and a catalyst (for example, hydrochloric acid, nitric acid, etc.) capable of smoothly proceeding the hydrolysis reaction. In addition, the raw material solution may be, for example, a compound capable of imparting various functions such as a chelating agent for stabilizing the compound, a silane coupling agent for stabilizing the compound, piezoelectricity, etc., improving adhesion, flexibility, hardness (brittleness ( It may contain an additive, such as an organic compound (for example, polymethyl methacrylate), or dye for adjustment. In addition, these additives can be added before hydrolysis, when hydrolyzing, or after hydrolysis.
또한, 상기 원료 용액은, 무기계 또는 유기계의 미립자를 포함하고 있을 수 있다. 상기 무기계 미립자로는, 예를 들어, 산화 티타늄, 이산화 망간, 산화 구리, 이산화 규소, 활성탄, 금속(예를 들어, 백금)을 들 수 있으며, 유기계 미립자로서, 색소 또는 안료 등을 들 수 있다. 또한, 미립자의 평균 입자 직경은 특별히 한정되는 것은 아니나, 바람직하게는 0.001 내지 1μm, 보다 바람직하게는 0.002 내지 0.1μm이다. 이러한 미립자를 포함하고 있음으로써, 광학 기능, 다공성, 촉매 기능, 흡착 기능, 혹은 이온 교환 기능 등을 부여할 수 있다. 나아가, 상기 원료 용액은, 금속 이온 함유 화합물 함유 용액 부여 공정 (4)에서 상세하게 설명하는 금속 이온 함유 화합물을 함유할 수도 있으며, 함유하지 않는 것일 수도 있다. In addition, the raw material solution may contain inorganic or organic fine particles. Examples of the inorganic fine particles include titanium oxide, manganese dioxide, copper oxide, silicon dioxide, activated carbon, and metal (for example, platinum). Examples of the organic fine particles include pigments and pigments. Moreover, the average particle diameter of microparticles | fine-particles is although it does not specifically limit, Preferably it is 0.001-1 micrometer, More preferably, it is 0.002-0.1 micrometer. By including such microparticles | fine-particles, optical function, porosity, a catalyst function, an adsorption function, an ion exchange function, etc. can be provided. Furthermore, the said raw material solution may contain the metal ion containing compound demonstrated in detail in the metal ion containing compound containing solution provision process (4), and may not contain it.
테트라에톡시실란의 경우, 물의 양이 알콕사이드의 4배(몰비)를 초과하면 예사성(曳絲性)의 졸 용액을 얻기가 어려워지기 때문에, 알콕사이드의 4배 이하인 것이 바람직하다. In the case of tetraethoxysilane, when the amount of water exceeds 4 times (molar ratio) of an alkoxide, it becomes difficult to obtain a normal sol solution, It is preferable that it is 4 times or less of an alkoxide.
촉매로서 염기를 사용하면, 예사성의 졸 용액을 얻기가 어려워지기 때문에, 염기를 사용하지 않는 것이 바람직하다. If a base is used as a catalyst, it is difficult to obtain a normal sol solution, and therefore it is preferable not to use a base.
반응 온도는 사용 용매의 끊는점 이하이면 되나, 낮은 것이 적당히 반응 속도가 느려, 예사성의 졸 용액을 형성하기가 용이하다. 과도하게 낮아도 반응이 잘 진행되지 않기 때문에, 10℃ 이상인 것이 바람직하다. The reaction temperature may be equal to or less than the breaking point of the solvent used, but the lower one is moderately slower in reaction rate, making it easy to form an ordinary sol solution. Since reaction does not progress well even if it is excessively low, it is preferable that it is 10 degreeC or more.
이상과 같은 정전 방사 장치(1)에 의해 무기계 섬유 집합체를 형성하는 공정[즉, 방사 공정 (1) 및 집적 공정 (2)]은, 다음과 같이 행해진다. 먼저, 방사할 섬유의 원료가 되는 방사용 무기계 졸 용액을 졸 용액 공급기(6)로부터 방사 노즐(2)로 공급한다. 다음, 방사 노즐(2) 및 대향 전극(5) 사이에 고전압을 인가한 상태에서, 방사 노즐(2) 선단으로부터 방사용 무기계 졸 용액을 토출한다. 그러면, 대전된 액상의 졸 용액은 그 용매가 휘발되고, 응고하여 겔 형태의 무기계 섬유가 되어 대향 전극(5) 쪽으로 진행한다[이상, 방사 공정 (1)]. 이때, 방사 노즐(2)에 대향하여 배치된 대향 전극(5)으로부터, 섬유 쪽으로 이온(5a)이 조사된다. 이 이온에 의해 섬유의 대전(帶電)이 중화되고, 정전기력에 의한 비상력(飛翔力)을 잃어, 중력을 따라 낙하, 혹은 미풍에 의해 섬유가 섬유 회수 용기(3)에서 회수된다. 따라서, 저밀도로서 면(綿) 형태의 무기계 섬유 집합체를 얻을 수 있다[이상, 집적 공정 (2)]. The process (that is, spinning process (1) and integration process (2)) of forming an inorganic fiber assembly by the above-mentioned
또한, 이온의 발생 및 조사는, 연속적으로 또는 비연속적으로 행할 수 있다. 또한, 방사 노즐(2)과 대향 전극(5) 사이에 전계가 발생하면 되며, 어느 일측에만 고전압을 인가하고, 타측을 접지할 수도 있다. 또한, 방사 노즐(2)은 가열되어 있을 수도 있고, 가열되어 있지 않을 수도 있다.
In addition, generation and irradiation of ions can be performed continuously or discontinuously. In addition, an electric field may be generated between the spinning
도 5는 본 발명의 제조 방법에 있어서의 방사 공정 (1) 및 집적 공정 (2)를 실시할수 있는 정전 방사 장치의 다른 일 실시형태를 모식적으로 보인 설명도이다. FIG. 5: is explanatory drawing which showed typically another embodiment of the electrostatic spinning apparatus which can perform the spinning process (1) and the integration process (2) in the manufacturing method of this invention.
도 5에 있어서, 정전 방사 장치(1A)는, 실시 형태 1에 있어서의 이온을 발생할 수 있음과 아울러, 섬유를 흡인할 수 있는 대향 전극(5) 대신, 전리(電離) 방사선을 조사할 수 있는 전리 방사선원(電離放射線源;10)과, 섬유를 흡인할 수 있는 네트 형태의 대향 전극(5)(제3 고전압 전원(11)에 접속되어 있음)을 사용한 것 이외에는, 정전 방사 장치(1)와 동일한 구성이므로, 중복되는 설명은 생략한다. In FIG. 5, the
정전 방사 장치(1A)에 있어서, 제1 고전압 전원(7) 및/또는 제3 고전압 전원(11)에 의해 소정의 전압을 방사 노즐(2) 및/또는 대향 전극(5)에 인가함으로써, 방사 노즐(2)과 대향 전극(5) 사이에 전위차가 발생하며, 섬유는 전기적으로 흡인되어, 대향 전극(5) 쪽으로 비상한다[이상, 방사 공정 (1)]. 이 비상하는 섬유에 대해, 전리 방사선(10a)이 조사되어, 기체를 이온화하고, 이온원으로서 작용한다. 이에 따라, 섬유의 대전이 중화되고, 정전기력에 의해 비상력을 잃어, 중력을 따라 낙하, 혹은 미풍에 의해 섬유가 섬유 회수 용기(3)에서 회수된다. 따라서, 저밀도로서 면(綿) 형태의 무기계 섬유 집합체를 얻을 수 있다[이상, 집적 공정 (2)]. 전리 방사선원(10)을 사용한 경우에는, 그 선량(線量)을 방사 노즐(2)과 대향 전극(5) 사이의 전위차의 형성과는 독립적으로 조절할 수 있기 때문에, 안정적으로 무기계 섬유 집합체를 얻는 것이 가능하다. In the
또한, 전리 방사선원(10)으로는 다양한 방사선원을 사용할 수 있으며, 특히 X선 조사 장치가 바람직하다. 또한, 대향 전극(5)은 방사 노즐(2)과의 사이에 전위차가 발생해 있으면 되며, 접지되어 있을 수도 있고 전압이 인가되어 있을 수도 있다. 또한, 전리 방사선원(10)은, 섬유에 대해 방사선을 조사할 수 있으면 되며, 대향 전극(5)의 배후에 위치해 있을 필요는 없다. 나아가, 대향 전극(5)은 네트 형태일 필요는 없으며, 전리 방사선을 투과할 수 있다면 다양한 부재를 사용할 수 있으며, 증착 필름이어도 사용 가능하다.
In addition, various radiation sources may be used as the
도 6은, 본 발명의 제조 방법에 있어서의 방사 공정 (1) 및 집적 공정 (2)을 실시할 수 있는 정전 방사 장치의 또 다른 일 실시형태를 모식적으로 보인 설명도이다. FIG. 6: is explanatory drawing which showed typically another embodiment of the electrostatic spinning apparatus which can perform the spinning process (1) and the integration process (2) in the manufacturing method of this invention.
도 6에 있어서, 정전 방사 장치(1B)는, 제1 방사 노즐(2a)과 제2 방사 노즐(2b)이, 서로 대향하여 배치되어 있다. 제1 방사 노즐(2a)에는, 방사용 무기계 졸 용액을 공급하는 제1 졸 용액 공급기(6a) 및 고전압을 인가하는 제1 고전압 전원(7)이 접속되고, 제2 방사 노즐(2b)에는, 방사용 무기계 졸 용액을 공급하는 제2 졸 용액 공급기(6b) 및 제1 고전압 전원(7)과 반대 극성의 고전압을 인가하는 제2 고전압 전원(8)이 각각 접속되어 있다. 그 이외에는, 정전 방사 장치(1)와 동일한 구성이므로, 중복되는 설명은 생략한다. In FIG. 6, in the
정전 방사 장치(1B)에 있어서, 제1 고전압 전원(7) 및 제2 고전압 전원(8)에 의해 서로 반대 극성의 전압을 각각 제1 방사 노즐(2a) 및 제2 방사 노즐(2b)에 인가하면서, 제1 방사 노즐(2a) 및 제2 방사 노즐(2b)로부터 방사용 무기계 졸 용액을 토출한다[이상, 방사 공정 (1)]. 그러면, 서로 반대 극성으로 대전된 섬유는, 대향하여 토출됨으로써 접촉 및 접근하여 전하가 중화되고, 정전기력에 의해 비상력을 잃어, 중력을 따라 낙하, 혹은 미풍에 의해 섬유가 섬유 회수 용기(3)에서 회수된다. 따라서, 저밀도로서 면(綿) 형태의 무기계 섬유 집합체를 얻을 수 있다[이상, 집적 공정 (2)]. 또한, 제1 방사 노즐(2a)로부터의 졸 용액 토출 조건과, 제2 방사 노즐(2b)로부터의 졸 용액 토출 조건이 서로 다르도록 조정함으로써, 섬유 직경이 서로 다르거나, 섬유 구성재의 조성이 서로 다른 등, 이종의 무기계 섬유가 혼재하는 무기계 섬유 집합체를 제조할 수 있다. In the
또한, 제1 방사 노즐(2a) 및 제2 방사 노즐(2b)로부터의 방사용 무기계 졸 용액의 토출은, 연속적으로 또는 비연속적으로 행할 수 있다. 또한, 제1 방사 노즐(2a)과 제2 방사 노즐(2b) 사이에 전계가 발생하면 되며, 이들 중 어느 일측에만 고전압을 인가하고, 타측을 접지할 수도 있다. 또한, 제1 방사 노즐(2a) 및 제2 방사 노즐(2b)은 가열되어 있을 수도 있고, 가열되어 있지 않을 수도 있다.
In addition, the discharge of the inorganic sol solution for spinning from the
전술한 정전 방사 장치(1), 정전 방사 장치(1A), 정전 방사 장치(1B)에 있어서는, 하나의 방사 노즐(2, 2a, 2b)에 대해 1개의 방사 노즐을 사용한 실시형태인데, 방사 노즐은 1개일 필요는 없으며, 생산성을 높이기 위해, 2개 이상의 방사 노즐을 구비하고 있을 수 있다. In the above-mentioned
또한, 이들 정전 방사 장치에 있어서는, 방사 공간에 있어서의 공기의 속도를 5 내지 100cm/초, 바람직하게는 10 내지 50cm/초로 할 수 있도록, 포집 부재(4)의 하방에 흡인 장치(9)를 마련하였으나, 흡인 장치(9) 이외에, 또는 이 대신, 송풍 장치를 포집 부재(4)의 상방에 마련할 수 있다. 이에 따라, 섬유의 포집성을 향상시키고, 안정적으로 무기계 섬유 집합체를 제조할 수 있다.
In addition, in these electrostatic spinning devices, the
집적 공정 (2)에서 얻어진 무기계 섬유 집합체는, 집적시킨 그 대로의 무기계 섬유 집합체에 대해, 다음의 접착 공정 (3)을 실시시킬 수 있으며, 혹은 열처리한 후에, 다음의 접착 공정 (3)을 실시시킬 수도 있다. 이 열처리(이하, 후술하는 접착용 열처리와 구별할 필요가 있는 경우, 집적후 열처리라 칭할 수 있다)를 실시함으로써, 무기계 섬유 집합체의 구조나 내열성이 안정된다. The inorganic fiber aggregate obtained in the integration step (2) can be subjected to the following adhesion step (3) to the inorganic fiber aggregate as it is integrated, or after the heat treatment, the following adhesion step (3) is performed. You can also By carrying out this heat treatment (hereinafter, it may be referred to as post-integration heat treatment when it is necessary to distinguish it from the adhesive heat treatment described later), the structure and the heat resistance of the inorganic fiber aggregate are stabilized.
또한, 열처리는 오븐, 소결로 등을 이용하여 실시할 수 있으며, 그 온도는 무기계 섬유 집합체를 구성하는 무기 성분에 따라 적당히 설정한다. In addition, heat processing can be performed using an oven, a sintering furnace, etc., The temperature is suitably set according to the inorganic component which comprises an inorganic fiber assembly.
이 집적후 열처리 온도는 200℃ 이상인 것이 바람직하며, 300℃ 이상인 것이 바람직하다. 이러한 온도에서 열처리를 하면, 무기계 섬유 집합체의 구조가 안정화 및 강도가 증가하고, 즉, 섬유끼리가 그 교점에서 점 형태로 접착되기 때문에, 다음의 접착 공정 등을 행할 때, 무기계 섬유 구조체의 형태를 유지할 수 있다. It is preferable that this heat processing temperature after integration is 200 degreeC or more, and it is preferable that it is 300 degreeC or more. When the heat treatment is performed at such a temperature, the structure of the inorganic fiber aggregates is stabilized and the strength is increased, that is, the fibers are bonded to each other in the form of dots at their intersections. I can keep it.
한편, 이 집적후 열처리 온도가 500℃ 이하이면, 무기계 섬유 구조체의 친수성을 높일 수 있다. 또한, 배양 기재로서 사용하는 경우에는, 세포를 스페로이드 형태로 배양하기가 용이하다. 예를 들어, 무기계 섬유가 수산기를 갖는 경우, 500℃ 이하의 온도에서 집적후 열처리를 실시함으로써, 섬유 단위 중량 당 수산기량을 50μmol/g 이상으로 할 수 있기 때문에, 친수성이 향상된다. On the other hand, the hydrophilicity of an inorganic fiber structure can be improved as this post-aggregation heat processing temperature is 500 degrees C or less. Moreover, when using as a culture base material, it is easy to culture a cell in a spheroid form. For example, when the inorganic fiber has a hydroxyl group, the amount of hydroxyl groups per fiber weight can be 50 μmol / g or more by performing heat treatment after integration at a temperature of 500 ° C. or lower, thereby improving hydrophilicity.
다른 관점에서 보면, 집적후 열처리 온도를 500℃보다도 높게 함으로써, 소수성을 높이고, 세포의 접착성을 높일 수 있으며, 배양 기재로서 사용한 경우에는, 세포를 시트 형태로 배양하기가 용이하고, 나아가서는, 무기계 섬유끼리의 접착력이 높아지기 때문에, 무기계 섬유 구조체의 강도를 높일 수 있다.
From another point of view, by increasing the post-aggregation heat treatment temperature higher than 500 ° C., the hydrophobicity can be increased, and the adhesion of cells can be enhanced. When used as a culture substrate, the cells can be easily cultured in sheet form, Since the adhesive force of inorganic fibers increases, the strength of the inorganic fiber structure can be increased.
접착 공정 (3)에서는, 지금까지의 공정에서 얻어진 무기계 섬유 집합체의 내부를 포함하는 전체에, 무기 성분을 주체로 하는 화합물을 포함하는 접착용 무기계 졸 용액을 부여하고, 잉여의 접착용 무기계 졸 용액을 통기에 의해 제거하고, 접착용 무기계 졸 용액 함유 무기계 섬유 집합체를 형성시킨(이하, 접착 공정 (3)의 이 전반(前半)의 공정을, 접착용 무기계 졸 용액부여 공정이라 칭할 수 있다) 후, 상기 접착용 무기계 졸 용액 함유 무기계 섬유 집합체를 열처리하고(혹은, 실온에서 자연 건조하고), 내부를 포함하는 전체에 있어서, 무기계 접착제로 접착한 무기계 섬유 구조체를 형성한다(이하, 접착 공정 (3)의 이 후반(後半)의 공정을, 접착용 열처리 공정이라 칭할 수 있다). 또한, 전술한 집적후 열처리와 구별할 필요가 있는 경우, 접착용 열처리 공정에 있어서의 상기 열처리를, 접착용 열처리라고 칭할 수 있다. 접착용 무기계 졸 용액을 구성하는 원료(화합물)로는, 무기계 섬유를 구성하는 원소를 포함하는 화합물과 동일하나, 무기계 섬유 집합체 내에 침투하는 한, 방사용 무기계 졸 용액과 동일할 수도 있고 다를 수도 있다. 예를 들어, 예사성일 필요는 없으며, 예사성이 없어도 좋다. 또한, 입자가 포함되어 있을 수도 있다. 방사용 무기계 졸 용액을 희석한 것일 수도 있으며, 농도는 적당히 선택할 수 있다. 특히, 금속 알콕사이드 가수 분해ㆍ축합물인 것이 바람직하다. 나아가, 상기 접착용 무기계 졸 용액은, 금속 이온 함유 화합물 함유 용액 부여 공정 (4)에서 상세하게 설명하는 금속 이온 함유 화합물을 함유할 수도 있고, 함유하지 않는 것일 수도 있다. In the bonding process (3), the inorganic sol solution for adhesion | attachment containing the compound which mainly uses an inorganic component mainly is provided to the whole including the inside of the inorganic fiber aggregate obtained by the process until now, and the excess inorganic sol solution for adhesion | attachment is carried out. After removing the mixture by aeration to form an inorganic sol solution-containing inorganic fiber aggregate (hereinafter, the first half of the bonding step (3) may be referred to as an inorganic sol solution imparting step). Heat treating (or naturally drying at room temperature) the inorganic inorganic sol solution-containing inorganic sol solution, and forming an inorganic fiber structure bonded with an inorganic adhesive in the whole including the inside (hereinafter, the bonding step (3 This latter half step of) can be referred to as a heat treatment step for bonding). In addition, when it is necessary to distinguish it from the post-integration heat treatment mentioned above, the said heat processing in the adhesive heat treatment process can be called adhesive heat treatment. The raw material (compound) constituting the adhesive inorganic sol solution is the same as the compound containing the elements constituting the inorganic fiber, but may be the same as or different from the spinning inorganic sol solution as long as it penetrates into the inorganic fiber aggregate. For example, it does not need to be ordinary, and may not be ordinary. In addition, particles may be included. The spinning inorganic sol solution may be diluted, and the concentration may be appropriately selected. In particular, it is preferable that it is a metal alkoxide hydrolysis-condensate. Furthermore, the said inorganic sol solution for adhesion | attachment may contain the metal ion containing compound demonstrated in detail in the metal ion containing compound containing solution provision process (4), and may not contain it.
상기 접착용 무기계 졸 용액의 무기계 섬유 집합체에의 부여는, 그 전체에 균일하게, 즉, 무기계 섬유 집합체의 외측 부분과 동일하게, 내부까지 충분히 접착용 무기계 졸 용액을 도달시켜 부여할 수 있는 한, 특별히 한정되는 것은 아니나, 예를 들어, 무기계 섬유 집합체를 접착용 무기계 졸 용액에 침지함으로써, 실시할 수 있다. 집적 공정 (2)에 있어서 무기계 섬유 집합체의 집적후 열처리를 실시한 경우에는, 침지(浸漬) 처리를 실시해도 잘 흩어지지 않는다.The provision of the inorganic sol solution for adhesion to the inorganic fiber aggregate may be applied to the entirety of the inorganic sol solution uniformly, that is, in the same manner as the outer portion of the inorganic fiber aggregate, until the inorganic sol solution for adhesion can be sufficiently provided to the inside. Although it does not specifically limit, For example, it can implement by immersing an inorganic fiber aggregate in the adhesive inorganic sol solution. In the integration step (2), when the post-integration heat treatment of the inorganic fiber aggregate is carried out, the immersion treatment does not disperse well.
침지후의 무기계 섬유 집합체에 포함되는 잉여의 접착용 무기계 졸 용액은, 통기에 의해 제거한다. 무기계 섬유 집합체는, 무기계 섬유로 구성되어 있기 때문에, 흡인 및/또는 가압에 의해 통기시켜도, 두께를 찌그려서 변형시키지 않고, 내부를 포함하는 전체의 섬유 사이에 피막을 형성하지 않고, 접착용 무기계 졸 용액을 부여한 접착용 무기계 졸 용액 함유 무기계 섬유 집합체를 얻을 수 있다. The excess adhesive inorganic sol solution contained in the inorganic fiber aggregate after immersion is removed by ventilation. Since the inorganic fiber aggregate is composed of inorganic fibers, the inorganic sol for bonding does not form a film between the whole fibers including the inside without deforming the thickness even if it is aerated by suction and / or pressure. The inorganic sol solution containing inorganic fiber aggregate which provided the solution can be obtained.
접착용 열처리 공정에서는, 접착용 무기계 졸 용액 부여 공정에서 얻어진 접착용 무기계 졸 용액 함유 무기계 섬유 집합체를 건조하고, 내부를 포함하는 전체에 있어서, 무기계 섬유 사이에 피막을 형성하지 않고, 무기계 접착제로 접착한 무기계 섬유 구조체를 제조할 수 있다. 상기 접착용 열처리는 접착용 무기계 졸 용액에 포함되는 용매 등을 휘발시킬 수 있으면 되며, 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 80 내지 150℃의 온도에서 10 내지 30분간 유지함으로써 실시할 수 있다. 또한, 실온에서 자연 건조시킬 수도 있다. 본 명세서에 있어서의 「접착용 열처리」에는, 상기한 가열에 의한 건조, 실온에 의한 자연 건조 이외에, 이하의 소성 처리가 포함된다. In the adhesive heat treatment step, the inorganic inorganic sol solution-containing inorganic fiber aggregate obtained in the inorganic sol solution applying step for drying is dried, and in the whole including the inside, the adhesive is bonded with an inorganic adhesive without forming a film between the inorganic fibers. One inorganic fiber structure can be produced. The adhesive heat treatment may be carried out by volatilizing a solvent or the like contained in the adhesive inorganic sol solution, and is not particularly limited. For example, the adhesive heat treatment may be performed by holding at a temperature of 80 to 150 ° C. for 10 to 30 minutes. Moreover, it can also dry naturally at room temperature. The "heat treatment for adhesion" in the present specification includes the following firing treatments in addition to the drying by heating and natural drying at room temperature.
접착 공정 (3)에서는, 상기한 용매 등을 휘발시키는 접착용 열처리 이후에, 원하는 경우, 접착용 무기계 졸 용액 함유 무기계 섬유 집합체에 포함되는 접착용 무기계 졸 용액 및/또는 무기계 섬유를 무기화하기 위해, 소성 처리를 행할 수 있다. 이 소성 처리를 실시함으로써, 무기계 섬유 집합체의 섬유 교점을 접착한 무기계 접착제의 강도 및 내열성이 향상된다. 또한, 무기계 섬유의 강도 및 내열성이 향상된다. 소성 처리는, 예를 들어, 소결로를 이용하여 실시할 수 있으며, 그 온도는 무기계 접착제 및 무기계 섬유를 구성하는 무기 성분에 따라 적당히 설정한다. 일반적으로는, 소성 온도는 200℃ 이상인 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 300℃ 이상이다. 또한, 아파타이트를 부여한 기능성을 갖는 무기계 섬유 구조체를 제조하는 경우에는, 후술하는 소성 온도에서 실시하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 제조 방법에서는, 이러한 소성 처리를 실시하지 않아도 무방하다. In the bonding step (3), after the adhesive heat treatment for volatilizing the solvent or the like, if desired, in order to inorganicize the inorganic inorganic sol solution and / or the inorganic fiber included in the inorganic inorganic sol solution-containing inorganic fiber aggregate, A firing process can be performed. By performing this baking process, the intensity | strength and heat resistance of the inorganic adhesive agent which adhered the fiber intersection of an inorganic fiber assembly are improved. In addition, the strength and heat resistance of the inorganic fibers are improved. A baking process can be performed using a sintering furnace, for example, and the temperature is suitably set according to the inorganic component which comprises an inorganic adhesive agent and inorganic fiber. Generally, it is preferable that baking temperature is 200 degreeC or more, More preferably, it is 300 degreeC or more. Moreover, when manufacturing the inorganic fiber structure which has the functionality which provided the apatite, it is preferable to carry out at the baking temperature mentioned later. In addition, in the manufacturing method of this invention, this baking process may not be performed.
무기계 섬유 사이에 피막을 형성하지 않고, 또한, 공극률을 낮추지 않도록, 무기계 접착제로 접착할 때에는, 무가중(無加重)으로 소성을 실시하는 것이 바람직하다. When bonding with an inorganic adhesive, it is preferable to carry out baking with no weight, so that a film may not be formed between inorganic fibers and a porosity will not be lowered.
또한, 이 접착용 열처리 온도가 500℃ 이하이면, 무기계 섬유 구조체의 친수성을 높일 수 있다. 또한, 배양 기재로서 사용하는 경우에는, 세포를 스페로이드 형태로 배양하기가 용이하다. 예를 들어, 무기계 섬유가 수산기를 갖는 경우, 500℃ 이하의 온도에서 접착용 열처리를 실시함으로써, 섬유 단위 중량 당 수산기량을 50μmol/g 이상으로 할 수 있기 때문에, 친수성이 향상된다. Moreover, the hydrophilicity of an inorganic fiber structure can be improved as this adhesive heat processing temperature is 500 degrees C or less. Moreover, when using as a culture base material, it is easy to culture a cell in a spheroid form. For example, when an inorganic fiber has a hydroxyl group, since the amount of hydroxyl groups per fiber weight can be 50 micromol / g or more by performing the adhesive heat processing at the temperature of 500 degrees C or less, hydrophilicity improves.
다른 관점에서 보면, 접착용 열처리 온도를 500℃보다도 높게 함으로써, 소수성을 높이고, 세포의 접착성을 높일 수 있으며, 배양 기재로서 사용한 경우에는, 세포를 시트 형태로 배양할 수 있고, 나아가서는, 무기계 섬유끼리의 접착력이 높아지기 때문에, 무기계 섬유 구조체의 강도 및 내열성을 높일 수 있다. 이러한 접착용 열처리는, 예를 들어, 오븐, 소결로 등을 이용하여 실시할 수 있다.
In other respects, by increasing the adhesion heat treatment temperature higher than 500 ° C., the hydrophobicity can be increased, and the adhesion of cells can be enhanced. When used as a culture substrate, the cells can be cultured in the form of a sheet. Since the adhesive force of fibers increases, the strength and heat resistance of the inorganic fiber structure can be improved. Such bonding heat treatment can be performed using an oven, a sintering furnace, or the like, for example.
금속 이온 함유 화합물 함유 용액 부여 공정 (4)에서는, 금속 이온 함유 화합물 함유 용액을 상기 무기계 섬유 구조체에 부여함으로써, 기능성을 갖는 무기계 섬유 구조체를 형성할 수 있다. In the metal ion-containing compound-containing solution applying step (4), an inorganic fiber structure having functionality can be formed by applying a metal ion-containing compound-containing solution to the inorganic fiber structure.
금속 이온 함유 화합물을 구성하는 금속으로는, 예를 들어, 칼슘, 나트륨, 철, 마그네슘, 칼륨, 구리, 요오드, 셀렌, 크롬, 아연, 또는 몰리브덴 등을 들 수 있다. 이들 금속은, 세포 기능 유도 인자 또는 항균 작용을 이룬다. As a metal which comprises a metal ion containing compound, calcium, sodium, iron, magnesium, potassium, copper, iodine, selenium, chromium, zinc, molybdenum, etc. are mentioned, for example. These metals have a cell function inducing factor or antibacterial action.
금속 이온 함유 화합물은, 예를 들어, 금속염일 수 있다. 금속염으로는, 예를 들어, 염화물, 황산염, 인산염, 탄산염, 인산수소염, 탄산수소염, 질산염, 수산화물 등을 들 수 있다. 특히, 칼슘 이온 함유 염, 마그네슘 이온 함유 염, 아파타이트(인회석)를 부여한 기능성을 갖는 무기계 섬유 구조체는, 세포 기능을 높인 세포 배양을 행할 수 있다. The metal ion containing compound may be, for example, a metal salt. Examples of the metal salts include chlorides, sulfates, phosphates, carbonates, hydrogen phosphates, hydrogen carbonates, nitrates, hydroxides, and the like. In particular, the inorganic fiber structure which has the function which provided calcium ion containing salt, magnesium ion containing salt, and apatite (apatite) can perform cell culture which improved cellular function.
금속 이온 함유 화합물의 부여 방법으로는, 예를 들어, 금속 이온 함유 화합물 함유 용액 중에 무기계 섬유 구조체를 침지하는 방법, 금속 이온 함유 화합물 함유 용액을 무기계 섬유 구조체에 도포 또는 스프레이하는 방법 등을 들 수 있다. 무기계 섬유가 실리카 섬유인 경우, 금속 이온 함유 화합물을 침지, 도포 또는 스프레이한 후, 열처리(소성 처리)를 행하고, 금속 이온 함유 화합물을 고농도로 부여하는 것이 바람직하다. As a provision method of a metal ion containing compound, the method of immersing an inorganic fiber structure in the metal ion containing compound containing solution, the method of apply | coating or spraying a metal ion containing compound containing solution to an inorganic fiber structure, etc. are mentioned, for example. . In the case where the inorganic fiber is a silica fiber, it is preferable that the metal ion-containing compound is immersed, coated or sprayed, followed by heat treatment (firing) to give the metal ion-containing compound at a high concentration.
보다 구체적으로는, 칼슘 이온 함유 염 또는 마그네슘 이온 함유 염을 부여한 기능성을 갖는 무기계 섬유 구조체는, 예를 들어, 칼슘염 또는 마그네슘염을 적당한 용매(예를 들어, 저급 알코올)에 용해한 용액에, 무기계 섬유 구조체를 침지함으로써, 혹은 상기 용액을 도포 또는 스프레이함으로써, 얻을 수 있다. More specifically, the inorganic fiber structure having the functionality to which the calcium ion-containing salt or the magnesium ion-containing salt is imparted is, for example, an inorganic type in a solution in which calcium salt or magnesium salt is dissolved in a suitable solvent (for example, lower alcohol). It can obtain by immersing a fiber structure or apply | coating or spraying the said solution.
또한, 아파타이트를 부여한 기능성을 갖는 무기계 섬유 구조체는, 예를 들어, 표면에 수산기를 포함하는 무기계 섬유(특히, 실리카 섬유)를, 적어도 인산 이온과 칼슘 이온을 포함하는 인공체액 중에 침지시킴으로써, 무기계 섬유 상에 아파타이트를 석출시킬 수 있다. 무기계 섬유가 실리카 섬유인 경우(특히, 골 배양 기재용 섬유 구조체로 하는 경우)에는, 집적 공정 (2)에서 집적후 열처리를 실시할 수도 있고, 혹은 실시하지 않고 그대로 둘 수도 있으나, 집적후 열처리를 행하는 경우에는, 무기계 섬유 집합체를 500℃ 이하의 온도에서 열처리하는 것이 바람직하며, 120 내지 300℃인 것이 보다 바람직하다. 이와 같이, 집적후 열처리를 행하지 않거나, 혹은 집적후 열처리를 행하여도 500℃ 이하임으로써, 섬유 단위 중량 당 수산기량을 50μmol/g 이상으로 할 수 있고, 바람직하게는 100μmol/g 이상으로 할 수 있다. In addition, the inorganic fiber structure having the functionality to which apatite is imparted is, for example, an inorganic fiber by immersing an inorganic fiber (especially a silica fiber) containing a hydroxyl group on the surface in an artificial body fluid containing at least phosphate ions and calcium ions. Apatite can be precipitated on the phase. In the case where the inorganic fiber is a silica fiber (particularly, a fibrous structure for bone culture substrate), the post-integration heat treatment may be performed in the integration step (2), or may be left as it is. When performing, it is preferable to heat-process an inorganic fiber assembly at the temperature of 500 degrees C or less, and it is more preferable that it is 120-300 degreeC. In this way, even if the post-integration heat treatment is not performed or the post-integration heat treatment is performed, the amount of hydroxyl groups per fiber weight can be 50 µmol / g or more, and preferably 100 µmol / g or more. .
또한, 접착용 무기계 졸 용액을 부여한 후, 접착 공정 (3)에 있어서, 동일한 온도 범위에서 접착용 열처리(건조 및/또는 소성)하고, 섬유 단위 중량 당 수산기량을 50μmol/g 이상(보다 바람직하게는 100μmol/g 이상)으로 하는 것이 바람직하다. Further, after applying the inorganic sol solution for bonding, in the bonding step (3), the adhesive heat treatment (drying and / or firing) is carried out at the same temperature range, and the amount of hydroxyl groups per fiber unit weight is 50 μmol / g or more (more preferably Is 100 µmol / g or more).
본 발명의 무기계 섬유 구조체는, 정전 방사법에 의해 방사된 무기계 섬유에 대해, 상기 무기계 섬유와 반대 극성의 이온을 조사하고, 집적시키는 공정을 포함하여 제조된 무기계 섬유 집합체를, 내부를 포함하는 전체에 있어서, 무기계 접착제로 접착한 무기계 섬유 구조체로서, 원하는 경우, 금속 이온 함유 화합물을 부여하고 있다. 본 발명의 무기계 섬유 구조체는, 예를 들어, 본 발명의 제조 방법에 의해 제작할 수 있다. Inorganic fiber structure of the present invention, the inorganic fiber aggregates produced by the electrospinning method, the inorganic fiber aggregate produced by the step of irradiating and integrating the ions of the opposite polarity to the inorganic fiber, and aggregated to the whole including the inside. In the inorganic fiber structure bonded with an inorganic adhesive, a metal ion-containing compound is added if desired. The inorganic fiber structure of this invention can be produced by the manufacturing method of this invention, for example.
본 발명에 있어서의 무기계 섬유에는, 예를 들어, 무기계 겔형 섬유, 무기계 건조 겔형 섬유 또는 무기계 소결 섬유가 포함된다. Inorganic fibers in the present invention include, for example, inorganic gel fibers, inorganic dry gel fibers or inorganic sintered fibers.
무기계 겔형 섬유란, 용매를 포함하는 상태의 섬유로서, 예를 들어, 무기계 섬유의 원료가 테트라에톡시실란(TEOS), 에탄올, 물, 염산으로 이루어지는 경우에는, 가장 끊는점이 높은 물질이 물이기 때문에, 100℃ 미만의 온도에서 열처리를 한, 또는 열처리를 하지 않은 섬유이다. An inorganic gel fiber is a fiber in a state containing a solvent. For example, when the raw material of the inorganic fiber consists of tetraethoxysilane (TEOS), ethanol, water, and hydrochloric acid, the substance having the highest breaking point is water. , Fibers that have been heat treated at a temperature of less than 100 ° C. or not.
또한, 무기계 건조 겔형 섬유란, 겔형 섬유 중에 포함되는 용매 등이 빠진 상태를 의미한다. 예를 들어, 무기계 섬유의 원료가 테트라에톡시실란(TEOS), 에탄올, 물, 염산으로 이루어지는 경우에는, 가장 끊는점이 높은 물질이 물이기 때문에, 100℃ 이상의 온도에서 열처리를 한 섬유이다. In addition, an inorganic dry gel fiber means the state in which the solvent etc. which were contained in a gel fiber were missing. For example, when the raw material of an inorganic fiber consists of tetraethoxysilane (TEOS), ethanol, water, and hydrochloric acid, since the substance with the highest breaking point is water, it is a fiber heat-processed at the temperature of 100 degreeC or more.
또한, 무기계 소결 섬유란, 무기계 건조 겔형 섬유(다공질(多孔質))가, 소결(무공질(無孔質))된 상태를 의미한다. 예를 들어, 무기계 섬유의 원료가 실리카계인 경우에는, 800℃ 이상의 열처리한 섬유이다. In addition, an inorganic type sintered fiber means the state in which the inorganic dry gel type fiber (porous) was sintered (porous). For example, when the raw material of an inorganic fiber is a silica type, it is a fiber heat-processed at 800 degreeC or more.
본 발명의 무기계 섬유 구조체에 있어서는, 무기계 나노 섬유의 평균 섬유 직경은 표면적이 넓고, 기능성이 뛰어나도록, 3μm 이하이다. 바람직하게는 2μm 이하이며, 보다 바람직하게는 1μm 이하이다.In the inorganic fiber structure of this invention, the average fiber diameter of an inorganic nanofiber is 3 micrometers or less so that surface area is large and it is excellent in functionality. Preferably it is 2 micrometers or less, More preferably, it is 1 micrometer or less.
「평균 섬유 직경」은 50개의 지점에 있어서의 섬유 직경의 산술 평균값을 말하며, 「섬유 직경」은 무기계 섬유 구조체를 촬영한 5000배의 전자 현미경 사진을 바탕으로 측정한 섬유의 굵기를 말한다. "Average fiber diameter" means the arithmetic mean value of the fiber diameter in 50 points | pieces, and a "fiber diameter" means the thickness of the fiber measured based on the 5000 times the electron microscope photograph which imaged the inorganic fiber structure.
무기계 섬유 구조체의 형태는, 부직포와 같은 이차원적 형태, 중공(中孔) 원통형, 원통형 등의 삼차원적 형태 등이 있다. 또한, 삼차원적 형태의 무기계 섬유 구조체는, 예를 들어, 부직포 형태 등의 이차원적 형태의 무기계 섬유 집합체를 성형함으로써 제조할 수 있다. The inorganic fiber structure has a two-dimensional shape such as a nonwoven fabric, a hollow cylindrical shape, and a three-dimensional shape such as a cylindrical shape. In addition, the inorganic fiber structure of the three-dimensional shape can be produced by, for example, molding an inorganic fiber aggregate of a two-dimensional shape such as a nonwoven fabric.
본 발명의 무기계 섬유 구조체는, 공극률이 90% 이상의 높은 공극률(벌키)인 결과, 섬유 밀도가 낮기 때문에, 무기계 섬유 구조체 내부를 유효하게 이용할 수 있다. 예를 들어, 배양 기재로서 사용한 경우, 섬유 밀도가 낮기 때문에, 세포가 배양 담체 내부까지 확산되기 쉽다는 효과를 이룬다. 바람직한 공극률은 91% 이상이며, 보다 바람직하게는 92% 이상이고, 더욱 바람직하게는 93% 이상이며, 더욱 바람직하게는 94% 이상이다. 상한은 특별히 한정되는 것은 아니나, 형태 안정성이 뛰어나도록, 99.9% 이하인 것이 바람직하다. Since the inorganic fiber structure of this invention has a high porosity (bulky) of 90% or more of porosity, and since fiber density is low, the inside of an inorganic fiber structure can be utilized effectively. For example, when used as a culture substrate, since the fiber density is low, the cell is easily spread to the inside of the culture carrier. Preferable porosity is 91% or more, More preferably, it is 92% or more, More preferably, it is 93% or more, More preferably, it is 94% or more. Although an upper limit is not specifically limited, It is preferable that it is 99.9% or less so that form stability is excellent.
또한, 공극률은 다음 식으로부터 산출할 수 있다. In addition, a porosity can be computed from following Formula.
P=[1-Wf/(V×SG)]×100P = [1-Wf / (V × SG)] × 100
여기서, P는 공극률(%), Wf는 섬유 중량(g), V는 체적 (cm3),SG는 섬유의 비중(g/cm3)을 각각 나타낸다. Where P is porosity (%), Wf is fiber weight (g), V is volume (cm 3 ), and SG is specific gravity (g / cm 3 ) of the fiber, respectively.
예를 들어, 부직포와 같이 두께가 균일한 경우에는, 다음 식으로부터 산출할 수 있다. For example, when thickness is uniform like a nonwoven fabric, it can calculate from following Formula.
P={1-Wn/(t×SG)}×100P = {1-Wn / (t × SG)} × 100
여기서, P는 공극률(%), Wn은 평량(目付, g/m2), t는 두께(μm), SG는 섬유의 비중(g/cm3)을 각각 나타낸다. Here, P is the porosity (%), Wn is the basis weight (目 付, g / m 2 ), t is the thickness (μm), SG is the specific gravity (g / cm 3 ) of the fiber, respectively.
또한, 평량은, 가장 면적이 넓은 면의 면적과 중량을 측정하고, 1m2 당 중량으로 환산한 값이고, 두께는 가장 면적이 넓은 면에 있어서의 하중이 100 g/cm2가 되도록 설정한 마이크로미터법으로 측정한 값이다. In addition, basis weight is the value which measured the area and weight of the surface with the largest area, and converted into the weight per 1m <2> , and thickness is the micro | micron set so that the load in the surface with the largest area may be 100 g / cm <2>. Measured by the metric system.
무기계 섬유 구조체가 이차원적 형태(특히 부직포)인 경우, 보형성이 뛰어나고, 충분한 강도를 갖도록, 인장 파단 강도가 0.2MPa 이상인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.3MPa 이상이고, 더욱 바람직하게는 0.4MPa 이상이고, 더욱 바람직하게는 0.5MPa 이상이고, 더욱 바람직하게는 0.55MPa 이상이다. In the case where the inorganic fiber structure is a two-dimensional form (especially a nonwoven fabric), it is preferable that the tensile strength at break is 0.2 MPa or more so as to have excellent shape retention and have sufficient strength. More preferably, it is 0.3 Mpa or more, More preferably, it is 0.4 Mpa or more, More preferably, it is 0.5 Mpa or more, More preferably, it is 0.55 Mpa or more.
이 인장 파단 강도는 절단 하중을 무기계 섬유 구조체의 단면적으로 나눈 몫이다. 또한, 절단 하중은 다음 조건으로 측정한 값으로서, 단면적은 측정시의 시험편의 폭과 두께의 곱으로부터 얻어지는 값이다. This tensile breaking strength is the quotient of the cut load divided by the cross-sectional area of the inorganic fiber structure. In addition, a cutting load is the value measured on condition of the following, and a cross-sectional area is a value obtained from the product of the width and thickness of the test piece at the time of a measurement.
제품명: 소형 인장 시험기Product Name: Small Tensile Testing Machine
형식: TSM-01-cre 서치 주식회사 제조Model: TSM-01-cre Search Co., Ltd.
시험 크기: 5mm 폭×40mm 길이Test size: 5mm width × 40mm length
척(チャック)간 간격: 20mmChuck spacing: 20 mm
인장 속도: 20mm/min.Tensile Speed: 20mm / min.
초기 하중: 50mg/1dInitial load: 50 mg / 1d
섬유 단위 중량 당 수산기량은 친수성이 뛰어나도록, 50μmol/g 이상인 것이 바람직하고, 100μmol/g 이상인 것이 보다 바람직하며, 200μmol/g 이상인 것이 더욱 바람직하고, 300μmol/g 이상인 것이 더욱 바람직하고, 400μmol/g 이상인인 것이 더욱 바람직하고, 500μmol/g 이상인 것이 더욱 바람직하다. The amount of hydroxyl groups per unit weight of fiber is preferably 50 μmol / g or more, more preferably 100 μmol / g or more, even more preferably 200 μmol / g or more, even more preferably 300 μmol / g or more, 400 μmol / g so as to have excellent hydrophilicity. It is more preferable that it is more than, and it is more preferable that it is 500 micromol / g or more.
이 섬유 단위 중량 당 수산기량은 무기계 섬유 구조체의 수산기량을 수산기량 측정에 사용한 무기계 섬유 구조체의 섬유량(단위:g)으로 나눈 몫이다. The amount of hydroxyl groups per unit weight of the fiber is the portion obtained by dividing the amount of hydroxyl groups of the inorganic fiber structure by the amount of fibers (unit: g) of the inorganic fiber structure used for measuring the amount of hydroxyl groups.
또한, 수산기량은 중화 적정법(中和滴定法)을 이용하여 정량(定量)한 값이다. 즉, 무기계 섬유 구조체를 20vol%의 염화 나트륨 수용액 50 mL 중에 분산시킨 후, 0.1N 수산화 나트륨 수용액을 중화점까지 적하하고, 중화에 필요한 수산화 나트륨 적하량으로부터, 무기 섬유 구조체의 수산기량을 결정한다(참고 문헌 참조). In addition, the amount of hydroxyl groups is the value quantified using the neutralization titration method. That is, after dispersing the inorganic fiber structure in 50 mL of 20 vol% sodium chloride aqueous solution, 0.1 N sodium hydroxide aqueous solution is added dropwise to the neutralization point, and the amount of hydroxyl groups of the inorganic fiber structure is determined from the sodium hydroxide dropping amount necessary for neutralization ( See bibliography).
(참고 문헌) (references)
George W S.,Determination of Specific Sufface Area of Colloidal Silica by Titration with Sodium Hydroxide,Anal.Cheam.;28,1981-1983,(1956) George W S., Determination of Specific Sufface Area of Colloidal Silica by Titration with Sodium Hydroxide, Anal. Chem .; 28,1981-1983, (1956)
본 발명의 무기계 섬유 구조체는, 내부를 포함하는 전체에 있어서, 무기계 섬유 사이에 피막을 형성하지 않고, 무기계 접착제로 접착되어 있기 때문에, 90% 이상의 공극률을 유지하는 것이 가능하다. 예를 들어, 배양 담체로서 사용한 경우, 세포에 필요 불가결한 영양소나 산소 등의 공급 효율을 향상시킬 수 있고, 또한, 세포 배양에 필요한 비계가 많기 때문에, 고밀도 배양할 수 있다. Since the inorganic fiber structure of this invention is adhere | attached with an inorganic adhesive agent without forming a film between inorganic fiber in the whole including the inside, it is possible to maintain 90% or more of porosity. For example, when used as a culture carrier, it is possible to improve the supply efficiency of nutrients, oxygen and the like which are indispensable to the cells, and since there are many scaffolds required for cell culture, high density culture can be achieved.
본 발명의 기능성을 갖는 무기계 섬유 구조체는, 전술한 바와 같은 공극률 90% 이상의 무기계 섬유 구조체에 금속 이온 함유 화합물을 부여한 것이다. The inorganic fiber structure which has the functionality of this invention gives a metal ion containing compound to the inorganic fiber structure of 90% or more of porosity as mentioned above.
금속 이온 함유 화합물을 구성하는 금속으로는, 예를 들어, 칼슘, 나트륨, 철, 마그네슘, 칼륨, 구리, 요오드, 셀렌, 크롬, 아연, 또는 몰리브덴 등을 들 수 있다. 이들 금속은, 세포 기능 유도 인자 또는 항균 작용을 이룬다. As a metal which comprises a metal ion containing compound, calcium, sodium, iron, magnesium, potassium, copper, iodine, selenium, chromium, zinc, molybdenum, etc. are mentioned, for example. These metals have a cell function inducing factor or antibacterial action.
금속 이온 함유 화합물은, 예를 들어, 금속염일 수 있다. 금속염으로는, 예를 들어, 염화물, 황산염, 인산염, 탄산염, 인산 수소염, 탄산 수소염, 질산염, 수산화물 등을 들 수 있다. 특히, 칼슘 이온 함유 염, 마그네슘 이온 함유 염, 아파타이트(인회석)를 부여한 기능성을 갖는 무기계 섬유 구조체는, 세포 기능을 높인 세포 배양을 행할 수 있다.
The metal ion containing compound may be, for example, a metal salt. Examples of the metal salts include chlorides, sulfates, phosphates, carbonates, hydrogen phosphates, hydrogen carbonates, nitrates and hydroxides. In particular, the inorganic fiber structure which has the function which provided calcium ion containing salt, magnesium ion containing salt, and apatite (apatite) can perform cell culture which improved cellular function.
<실시예><Examples>
이하, 실시예에 의해 본 발명을 구체적으로 설명하는데, 이들은 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention concretely, these do not limit the scope of the present invention.
《무기계 섬유 구조체(부직포)의 제작과 평가》<< Fabrication and evaluation of non-machined fiber structure (nonwoven fabric) >>
(1) 실리카 섬유 부직포의 제작(1) Fabrication of silica fiber nonwovens
본 실시예에서는, 표 1에 기재된 16 종류의 실리카 섬유 부직포(실시예 1 내지 실시예 9, 비교예 1 내지 비교예 7)를 제작하고, 그 평가를 행했다.
In the present Example, 16 types of silica fiber nonwoven fabrics (Examples 1-9, Comparative Examples 1-7) of Table 1 were produced, and the evaluation was performed.
방사 공정 (1) 및 집적 공정 (2) Spinning process (1) and Integrated process (2)
금속 화합물로서의 테트라에톡시실란, 용매로서의 에탄올, 가수 분해를 위한 물, 및 촉매로서 1규정의 염산을, 1:5:2:0.003의 몰비로 혼합하고, 온도 78℃에서 10시간의 환류(還流) 조작을 행하고, 이어서, 용매를 회전증발기(rotary evaporator)에 의해 제거하여 농축한 후, 온도 60℃로 가열하여, 점도가 2 포아즈인 졸 용액을 형성했다. 얻어진 졸 용액을 방사액(방사용 무기계 졸 용액)으로 사용하고, 중화 방사법(비교예 6 및 7 제외) 또는 정전 방사법인 평판 방사법(비교예 6 및 7)에 의해 겔형 실리카 섬유 웹을 제작했다. Tetraethoxysilane as a metal compound, ethanol as a solvent, water for hydrolysis, and hydrochloric acid as a catalyst are mixed at a molar ratio of 1: 5: 2: 0.003 and refluxed at a temperature of 78 ° C. for 10 hours. ), The solvent was then removed by a rotary evaporator and concentrated, and then heated to a temperature of 60 ° C to form a sol solution having a viscosity of 2 poise. The obtained sol solution was used as a spinning liquid (spun inorganic sol solution), and the gel silica fiber web was produced by the flat spinning method (comparative examples 6 and 7) which are neutral spinning (except Comparative Examples 6 and 7) or electrostatic spinning.
또한, 상기 중화 방사법은, 일본 특허 공개 2005-264374호 공보의 실시예 8과 동일한 방사 조건으로 실시했다. 즉, 도 1의 대향 전극(5)으로서, 도 4의 대향 전극(연면 방전 소자(25))을 사용했다. 상세한 사항을 이하에 나타내었다. In addition, the said neutralization spinning method was implemented on the same spinning conditions as Example 8 of Unexamined-Japanese-Patent No. 2005-264374. That is, the counter electrode (the surface discharge element 25) of FIG. 4 was used as the
방사 노즐: 내경 0.4mm의 금속제 주사 바늘(선단 커팅) Spinning nozzle: 0.4 mm inner metal needle (cutting edge)
방사 노즐과 대향 전극 간의 거리:200mmDistance between spinning nozzle and counter electrode: 200 mm
대향 전극 및 이온 발생 전극(양(兩) 전극을 겸함): 스테인리스 판(유기 전극) 상에 두께 1mm의 알루미나막(유전체 기판)을 용사(溶射)하고, 그 위에 직경 30μm의 텅스텐 와이어(방전 전극)를 10mm의 등간격으로 친 연면 방전 소자(텅스텐 와이어면을 방사 노즐과 대향시킴과 아울러 접지하고, 스테인리스 판과 텅스텐 와이어 사이에 교류 고전압 전원에 의해 50 Hz의 교류 고전압을 인가) Counter electrode and ion generating electrode (also serving as positive electrode): Alumina film (dielectric substrate) having a thickness of 1 mm is sprayed on a stainless steel plate (organic electrode), and a tungsten wire having a diameter of 30 μm (discharge electrode thereon) ) And the surface of the creepage discharge element (equipped with a tungsten wire surface facing the radiation nozzle, grounded and applied 50 Hz AC high voltage between the stainless steel plate and the tungsten wire by AC high voltage power supply)
제1 고전압 전원: -16kVFirst High Voltage Supply: -16 kV
제2 고전압 전원: ±5kV(교류 연면(沿面)의 피크 전압: 5kV, 50Hz) 2nd high voltage power supply: ± 5kV (peak voltage of alternating surface: 5kV, 50Hz)
기류: 수평 방향 25cm/sec, 연직(鉛直) 방향 15cm/secAirflow: 25 cm / sec in the horizontal direction, 15 cm / sec in the vertical direction
방사실 내의 분위기: 온도 25℃, 습도 40%RH 이하Atmosphere in the radiation chamber:
연속 방사 시간: 30분 이상Continuous spinning time: 30 minutes or more
또한, 상기 평판 방사법은, 이하의 순서로 실시했다. 방사 장치로는, 일본 특허 공개 2005-194675호 공보의 도 1에 기재된 장치를 사용했다. 방사액을, 내경이 0.4mm인 스테인리스제 노즐에, 펌프에 의해 1 g/시간으로 공급하고, 노즐로부터 방사액을 방사 공간(온도 26℃, 상대 습도 40% 이하)으로 토출함과 아울러, 노즐에 전압(-16kV)을 인가하고, 포집체인 스테인리스제 무공(無孔) 롤(노즐과의 거리:10cm)을 접지하여, 방사액에 전계를 작용시킴으로써 세경화(細徑化)하고, 실리카 겔 섬유를 형성하고, 회전하는 무공(無孔) 롤 상에 집적시키고, 겔형 실리카 섬유 웹을 형성했다.
In addition, the said flat plate spinning method was implemented in the following procedures. As a spinning apparatus, the apparatus of FIG. 1 of Unexamined-Japanese-Patent No. 2005-194675 was used. The spinning liquid is supplied to a stainless steel nozzle having an internal diameter of 0.4 mm at a pump rate of 1 g / hour, and the spinning liquid is discharged from the nozzle into a spinning space (
집적후After accumulation 열처리 공정 (3) Heat Treatment Process (3)
다음, 상기 공정에서 얻어진 겔형 실리카 섬유 웹을, 실시예 7 및 비교예 1을 제외하고, 표 1의 공정 (3) 난에 기재된 열처리 온도(120℃, 300℃, 500℃, 또는 800℃)에서 집적후 열처리함으로써, 실리카 섬유 웹(평량: 10 g/m2)을 제작했다.
Next, except for Example 7 and Comparative Example 1, the gel silica fiber web obtained in the above step was subjected to the heat treatment temperature (120 ° C, 300 ° C, 500 ° C, or 800 ° C) described in the step (3) of Table 1 below. The silica fiber web (basic weight: 10 g / m <2> ) was produced by heat processing after integration.
접착용 Adhesive 무기계Inorganic 졸 용액 부여 공정 (4) Sol solution imparting process (4)
섬유간 접착을 위해 사용하는 접착용 무기계 졸 용액으로서, 금속 화합물로서 테트라에톡시실란, 용매로서 에탄올, 가수 분해를 위한 물, 및 촉매로서 질산을, 1:7.2:7:0.0039의 몰비로 혼합하고, 온도 25℃, 교반 조건 300 rpm으로 15시간 반응시켰다. 반응후, 산화 규소의 고형분 농도가 0.25%가 되도록 에탄올로 희석하고, 실리카 졸 희박 용액(접착용 무기계 졸 용액)으로 했다. As an inorganic sol solution for adhesion used for inter-fiber adhesion, tetraethoxysilane as a metal compound, ethanol as a solvent, water for hydrolysis, and nitric acid as a catalyst are mixed in a molar ratio of 1: 7.2: 7: 0.0039. The reaction was carried out at 25 ° C for 25 hours and at 300 rpm under stirring conditions. After reaction, it diluted with ethanol so that solid content concentration of silicon oxide might be 0.25%, and it was set as the silica sol lean solution (adhesive inorganic sol solution).
상기 공정에서 얻어진 실리카 섬유 웹 중, 실시예 1 내지 실시예 9, 및 비교예 7에 대해, 상기 실리카 졸 희박 용액에 침지한 후, 흡인에 의해 잉여의 실리카 졸 희박 용액을 제거함[표 1의 공정 (4) 난에 기재된 방법 A]으로써, 실리카 졸 희박 용액 함유 실리카 섬유 웹을 제작했다. In the silica fiber web obtained in the said process, about Example 1 thru | or Example 9 and Comparative Example 7, after immersing in the said silica sol lean solution, the excess silica sol lean solution is removed by suction [process of Table 1] (4) As method A] described in the column, a silica sol lean solution-containing silica fiber web was produced.
한편, 비교예 1 내지 비교예 3, 비교예 6에 대해서는, 본 공정을 실시하지 않았다. 비교예 4에 대해서는, 상기 공정에서 얻어진 실리카 섬유 웹에, 스프레이에 의해 상기 실리카 졸 희박 용액을 분사함[표 1의 공정 (4) 난에 기재된 방법 B]으로써, 실리카 졸 희박 용액 함유 실리카 섬유 웹을 제작했다. 이 실리카 졸 희박 용액 함유 실리카 섬유 웹에 있어서는, 실리카 섬유 웹의 표면에만 실리카 졸 희박 용액이 부여되어 있었다. 비교예 5에 대해서는, 상기 공정에서 얻어진 실리카 섬유 웹을, 상기 실리카 졸 희박 용액에 침지한 후, 2개 롤 프레스기를 이용하여 잉여의 실리카 졸 희박 용액을 제거함[표 1의 공정 (4) 난에 기재된 방법 C]으로써, 실리카 졸 희박 용액 함유 실리카 섬유 웹을 제작했다.
In addition, about the comparative example 1 thru | or the comparative example 3, and the comparative example 6, this process was not implemented. In Comparative Example 4, the silica sol lean solution-containing silica fiber web was sprayed by spraying the silica sol lean solution with the spray [method B described in the step (4) of Table 1] by spraying. Made. In this silica sol lean solution containing silica fiber web, the silica sol lean solution was provided only to the surface of a silica fiber web. About the comparative example 5, after immersing the silica fiber web obtained at the said process in the said silica sol lean solution, the excess silica sol lean solution was removed using two roll press machines [In the process (4) column of Table 1), As described method C], a silica sol lean solution-containing silica fiber web was produced.
접착용 열처리 공정 (5) Adhesive Heat Treatment Process (5)
실시예 1 내지 실시예 9, 및 비교예 7에 대해, 무기계 접착제(실리카 졸 희박 용액)에 포함되는 용매의 건조 제거를 위해, 실리카 졸 희박 용액 함유 실리카 섬유 웹을 110℃의 분위기 중에 30분 유지했다(접착용 제1 열처리 공정). 한편, 비교예 1 내지 6에 대해서는, 접착용 제1 열처리 공정을 실시하지 않았다. For Examples 1 to 9 and Comparative Example 7, the silica sol lean solution-containing silica fiber web was held for 30 minutes in an atmosphere of 110 ° C. for drying removal of the solvent contained in the inorganic adhesive (silica sol lean solution). (1st heat processing process for bonding) was performed. On the other hand, about Comparative Examples 1-6, the adhesive 1st heat processing process was not performed.
계속해서, 실시예 2, 실시예 3, 실시예 5, 실시예 6, 비교예 4, 비교예 5, 비교예 7에 대해, 상기 공정에서 얻어진 실리카 졸 희박 용액 함유 실리카 섬유 웹을, 표 1의 공정 (5) 난에 기재된 열처리 온도(200℃ 또는 500℃)에서 접착용 열처리함(접착용 제2 열처리 공정)으로써, 실리카 섬유 부직포를 제작했다. Then, about Example 2, Example 3, Example 5, Example 6, Comparative Example 4, Comparative Example 5, and Comparative Example 7, the silica sol lean solution-containing silica fiber web obtained in the above step is A silica fiber nonwoven fabric was produced by bonding heat treatment (adhesive second heat treatment step) at the heat treatment temperature (200 ° C or 500 ° C) described in Step (5).
한편, 실시예 1, 실시예 4, 실시예 7 내지 9, 비교예 1 내지 3, 비교예 6에 대해서는, 접착용 제2 열처리 공정을 실시하지 않았다.
On the other hand, about Example 1, Example 4, Examples 7-9, Comparative Examples 1-3, and Comparative Example 6, the adhesive 2nd heat treatment process was not performed.
(2) 실리카 섬유 부직포의 평가(2) Evaluation of Silica Fiber Nonwoven Fabric
상기 (1)에서 제작한 16 종류의 실리카 섬유 부직포(실시예 1 내지 실시예 9, 비교예 1 내지 7)에 대해, 10cm ×10cm의 사이즈로 절단하고, 각종 측정을 실시한 결과를 표 1에 나타냈다. 또한, 어느 실리카 섬유 부직포에 있어서도, 그것을 구성하는 나노 섬유의 평균 섬유 직경은 0.8μm였다. About the 16 types of silica fiber nonwoven fabrics (Examples 1-9, Comparative Examples 1-7) produced by said (1), it cut | disconnected in size of 10 cm x 10 cm, and the result which performed various measurements was shown in Table 1. . In addition, also in any silica fiber nonwoven fabric, the average fiber diameter of the nanofiber which comprises it was 0.8 micrometer.
또한, 부직포의 두께는, 가중(加重) 100 g/cm2가 되도록 설정한 마이크로미터법으로 측정한 값, 겉보기 밀도는 평량(1m2의 크기로 환산한 중량)을 두께로 나눈 값을 각각 의미한다. In addition, the thickness of a nonwoven fabric is the value measured by the micrometer method set to have a weight of 100 g / cm <2> , and apparent density means the value which divided the basis weight (weight converted into the size of 1m <2> ) by thickness, respectively. .
또한, 절단 하중 측정의 조건을 이하에 나타냈다. In addition, the conditions of the cutting load measurement were shown below.
제품명: 소형 인장 시험기Product Name: Small Tensile Testing Machine
형식: TSM-01-cre 서치 주식회사 제Type: TSM-01-cre search
시험 크기: 5mm×40mmTest size: 5mm × 40mm
척(チャック) 간격: 20mmChuck spacing: 20 mm
인장 속도: 20mm/minTensile Speed: 20mm / min
초기 하중: 50mg/1dInitial load: 50 mg / 1d
공극률은, 다음 식:Porosity is the following formula:
[공극률(%)]=[1-(평량/두께/비중)]×100[Porosity (%)] = [1- (basic weight / thickness / specific gravity)] × 100
(평량의 단위=g/m2,두께의 단위=μm, 실리카의 비중=2 g/cm3) (Unit = g / m 2 of basis weight, unit = μm of thickness, specific gravity of silica = 2 g / cm 3 )
에 의해 산출했다. Calculated by
《배양 담체의 제작》<< production of culture carrier >>
비교예Comparative example 8 8
상기 비교예 1에서 얻어진 겔형 실리카 섬유 웹을, 이하의 평가 시험에서 사용하는 비교용 배양 담체(이하, 배양 담체 a라고 칭함)로 했다. 배양 담체를 구성하는 나노 섬유의 평균 섬유 직경은 0.8μm였다. The gel silica fiber web obtained in Comparative Example 1 was used as a comparative culture carrier (hereinafter referred to as culture carrier a) used in the following evaluation test. The average fiber diameter of the nanofibers constituting the culture carrier was 0.8 μm.
비교예Comparative example 9 9
상기 비교예 3에서 얻어진 실리카 섬유 웹을, 이하의 평가 시험에서 사용하는 비교용 배양 담체(이하, 배양 담체 b라고 칭함)로 했다. 배양 담체를 구성하는 나노 섬유의 평균 섬유 직경은 0.8μm였다. The silica fiber web obtained in the said Comparative Example 3 was made into the comparative culture carrier (henceforth a culture carrier b) used for the following evaluation tests. The average fiber diameter of the nanofibers constituting the culture carrier was 0.8 μm.
실시예Example 10 10
금속 화합물로서 테트라에톡시실란, 용매로서 에탄올, 가수 분해를 위한 물, 및 촉매로서 질산을, 1:7.2:7:0.0039의 몰비로 혼합하고, 온도 25℃, 교반 조건 300 rpm으로 15시간 반응시킨 후, 산화 규소의 고형분 농도가 0.5%가 되도록 에탄올로 희석하고, 실리카 졸 희박(稀薄) 용액(접착용 무기계 졸 용액)으로 했다. Tetraethoxysilane as a metal compound, ethanol as a solvent, water for hydrolysis, and nitric acid as a catalyst were mixed at a molar ratio of 1: 7.2: 7: 0.0039, and reacted for 15 hours at a temperature of 25 ° C. and a stirring condition of 300 rpm. Then, it diluted with ethanol so that solid content concentration of silicon oxide might be 0.5%, and set it as the silica sol lean solution (adhesive inorganic sol solution).
상기 비교예 3에서 얻은 실리카 섬유 웹을 상기 실리카 졸 희박 용액 중에 침지한 후, 흡인에 의해 잉여의 졸 용액을 제거하고, 실리카 졸 희박 용액 함유 실리카 섬유 웹을 조제했다. After immersing the silica fiber web obtained in the said Comparative Example 3 in the said silica sol lean solution, the excess sol solution was removed by suction, and the silica sol lean solution containing silica fiber web was prepared.
실리카 졸 희박 용액에 포함되는 용매의 건조 제거를 위해, 실리카 졸 희박 용액 함유 실리카 섬유 웹을 110℃의 분위기 중에 30분 유지했다(접착용 제1 열처리 공정). In order to dry-dry the solvent contained in a silica sol lean solution, the silica sol lean solution containing silica fiber web was hold | maintained for 30 minutes in 110 degreeC atmosphere (1st heat treatment process for adhesion | attachment).
이어서, 이 실리카 졸 희박 용액 함유 실리카 섬유 웹을 온도 500℃에서 접착용 제2 열처리하고, 실리카 섬유 부직포(공극률: 93%, 인장 파단 강도: 0.572MPa, 수산기량: 35μmol/g)를 제조했다. 이 실리카 섬유 부직포를 배양 담체(배양 담체 A)로 했다. 배양 담체를 구성하는 나노 섬유의 평균 섬유 직경은 0.8μm였다. Subsequently, this silica sol lean solution-containing silica fiber web was subjected to a second heat treatment for adhesion at a temperature of 500 ° C. to prepare a silica fiber nonwoven fabric (porosity: 93%, tensile strength at break: 0.572 MPa, and hydroxyl amount: 35 μmol / g). This silica fiber nonwoven fabric was used as a culture carrier (culture carrier A). The average fiber diameter of the nanofibers constituting the culture carrier was 0.8 μm.
비교예Comparative example 10 10
PVA(중합도 1000, 완전 검화형)를 15 wt%의 농도로 조정한 것을, 방사액으로서 사용했다. What adjusted PVA (polymerization degree 1000, fully saponification type) to the density | concentration of 15 wt% was used as a spinning liquid.
방사 장치로는, 일본 특허 공개 2005-194675호 공보의 도 1에 기재된 장치를사용했다. 앞에서 조제한 방사액을, 내경이 0.4mm인 스테인리스제 노즐에, 펌프에 의해 0.5 g/시간으로 공급하고, 노즐로부터 방사액을 방사 공간(온도 26℃, 상대 습도 50%)으로 토출함과 아울러, 노즐에 전압(24kV)을 인가하고, 포집체인 스테인리스제 무공 롤(노즐과의 거리: 10cm)을 접지하여, 방사액에 전계를 작용시킴으로써 세경화하고, PVA 섬유를 형성하고, 회전하는 무공 롤 상에 집적시켜서, PVA 섬유 웹을 형성했다. As a spinning apparatus, the apparatus of FIG. 1 of Unexamined-Japanese-Patent No. 2005-194675 was used. The spinning solution prepared above is supplied to a stainless steel nozzle having an internal diameter of 0.4 mm at a rate of 0.5 g / hour by a pump, and the spinning solution is discharged from the nozzle into a spinning space (
이 PVA 섬유 웹에 150℃, 30분간의 집적후 열처리를 행함으로써, 불용화(不溶化) 처리를 실시했다. 얻어진 PVA-정전 방사 부직포(공극률: 83%)를 배양 담체(배양 담체 c)로 했다. 배양 담체를 구성하는 나노 섬유의 평균 섬유 직경은 0.2μm였다.
The insolubilization process was performed by heat-processing 150 degreeC and 30 minute (s) after integration to this PVA fiber web. The obtained PVA-electrostatic spinning nonwoven fabric (porosity: 83%) was used as a culture carrier (culture carrier c). The average fiber diameter of the nanofibers constituting the culture carrier was 0.2 µm.
《배양 담체의 평가》<Evaluation of culture carrier>
(1) 차이니즈 햄스터 난소 세포 유래 CHO-K1을 이용한 평가(1) Evaluation using CHO-K1 derived from Chinese hamster ovary cells
CHO-K1 세포(ATCC: CCL-61, 참고 문헌: Puch TT,et al., Genetics of somatic mammalian cells ⅲ. Long-term cultivation of euploid cells from human and animal subjects., J.Exp.Med.108:945-956,4958.PudMed:13598821)의 배양은, DMEM(Dulbecco's Modified Eagle's Medium)에, 10% FBS, 및 항생 물질(60μg/mL 페니실린 및 100μg/mL 스트렙토마이신)을 첨가한 배지를 사용하고, 37℃, 5% CO2 조건 하에서 실시했다. CHO-K1 cells (ATCC: CCL-61, Reference: Puch TT, et al., Genetics of somatic mammalian cells ⅲ.Long-term cultivation of euploid cells from human and animal subjects., J. Exp. Med. 108: 945-956,4958.PudMed: 13598821) was cultured using DMEM (Dulbecco's Modified Eagle's Medium) with a medium added with 10% FBS, and antibiotics (60 μg / mL penicillin and 100 μg / mL streptomycin), 37 ° C., 5% CO 2 It carried out under conditions.
배양 환경으로는, 24 웰 플레이트의 각 웰 내에, 평가용 배양 담체(1cm×1cm)를 올려놓고, CHO-K1 세포(5×105 cells/mL) 1 mL를 파종하고, 1일마다 배지 교환을 행했다. In the culture environment, a culture carrier for evaluation (1 cm x 1 cm) was placed in each well of a 24-well plate, and 1 mL of CHO-K1 cells (5 x 10 5 cells / mL) were seeded, and the medium was exchanged every day. Done.
상기 실시예 10에서 조제한 본 발명의 배양 담체 A, 및 비교예 8 내지 10에서 조제한 비교용 배양 담체 a, b, c에 대해, 배양일 수 14일차의 세포 형태를 나타낸 SEM 사진을 도 7(배양 담체 A) 및 도 8(배양 담체 c)에, 세포 접착능을 나타내는 배양일 수 1일차의 세포 접착률을 도 9에, 14일까지의 단위 접시 당 세포수 변화를 도 10에 각각 나타냈다. 또한, 세포 접착능은, 식:SEM images showing the cell morphology of the 14th day of culture were cultured with respect to the culture carrier A of the present invention prepared in Example 10 and the comparative culture carriers a, b, and c prepared in Comparative Examples 8 to 10 (cultivation). In the carrier A) and FIG. 8 (culture carrier c), the cell adhesion rate on the first day of culture showing cell adhesion was shown in FIG. 9, and the number of cells per unit dish up to 14 days was shown in FIG. 10, respectively. In addition, the cell adhesion capacity,
(담체 상의 세포 수/파종 세포수)×100(Cell number on the carrier / number of sowing cells) × 100
에 의해 산출한 세포 접착률로 평가했다. It evaluated by the cell adhesion rate computed by
본 발명의 배양 담체 A에서는, 도 7에 도시한 바와 같이, 담체 표면 전체에 CHO-K1 세포가 부착·신전(伸展)되어 증식되어 있었던 데 반해, 비교용 배양 담체 c에서는, 배양 담체 표면에 구형의 세포 덩어리를 형성하면서 증식되어 있었다.In the culture carrier A of the present invention, as shown in Fig. 7, CHO-K1 cells adhered and expanded on the entire surface of the carrier, and proliferated, whereas in the comparative culture carrier c, the culture carrier c was spherical to the surface of the culture carrier. It was growing while forming a cell mass of.
세포 접착능에 대해 배양 담체 A와 배양 담체 a 내지 c를 비교하면, 도 9에 도시한 바와 같이, 배양 담체 A는 세포와 담체간의 접착률이 가장 높아, 섬유 상에 세포가 양호하게 접착되어 있었다. 상기한 배양 담체 c의 세포 형태는, 담체와 세포의 접착과 관련된 상호 작용이 약한 것이 원인의 하나이다. Comparing the culture carrier A and the culture carriers a to c with respect to the cell adhesion ability, as shown in Fig. 9, the culture carrier A had the highest adhesion between the cells and the carrier, and the cells adhered well to the fibers. The cell morphology of the above-mentioned culture carrier c is one of the reasons that the interaction between the carrier and the cell is weak.
도 10에 도시한 바와 같이, 2주일간의 배양에 있어서, 본 발명의 배양 담체 A는, 배양 담체 a 내지 c보다도 세포 증식능이 현저하게 향상되어 있었다. 배양 담체 a 내지 b는, 배양 개시로부터 수일 경과하면, 배양액 중에서 섬유가 풀어져, 담체의 팽창이 관찰되었기 때문에, 관찰하기가 어렵고, 또한, 조작성이 나쁜 것이었다. 또한, 배양 담체 c는, 구조가 과도하게 치밀하여, 관찰하기가 어렵고, 또한, 조작성이 나쁜 것이었다. As shown in Fig. 10, in two weeks of culture, the culture carrier A of the present invention had a significantly improved cell proliferation ability than the culture carriers a to c. The culture carriers a to b were difficult to observe because the fibers were loosened in the culture solution after several days from the start of the culture and the expansion of the carrier was observed. In addition, the culture carrier c was excessively dense in structure, difficult to observe, and poor in operability.
중화 방사법으로 제작한 배양 담체 a 내지 b는, 3차원 배양에 필요한 세포의 비계가 되는 표면적은 충분하지만, 섬유간의 접착이 없거나, 매우 약하게 접착된 구조이기 때문에, 배양액 중에서의 보형성이 나쁘다. 따라서, 세포의 비계가 되는 균일한 공간을 유지할 수 없고, 양호한 세포 증식이 일어나기 어렵다. 한편, 배양 담체 A는 세포 증식에 필요한 세포의 비계가 충분히 존재하고, 또한 섬유간 접착이 되어 있기 때문에 배양액 중에서의 보형성이 양호하고, 90% 이상의 공극률과 균일한 배양 공간을 유지하는 것이 가능하기 때문에, 고밀도로 세포 배양이 가능하다. 또한, 세포에 필요 불가결한 영양소나 산소 등의 공급 효율을 향상시킬 수 있고, 양호한 세포 증식이 가능하다. The culture carriers a to b produced by the neutralizing spinning method have a sufficient surface area to be a scaffold for cells required for three-dimensional culture, but have poor adhesion between the fibers or poorly adhered to each other because of poorly adhered structures. Therefore, it is not possible to maintain a uniform space serving as a cell scaffold, and good cell proliferation is unlikely to occur. On the other hand, the culture carrier A has sufficient cell scaffolding necessary for cell proliferation and is adhered between fibers, so that the shape retention in the culture solution is good, and the porosity and uniform culture space of 90% or more can be maintained. Therefore, cell culture is possible at high density. Moreover, the supply efficiency of nutrients, oxygen, etc. which are indispensable to a cell can be improved, and favorable cell proliferation is possible.
본 발명의 세포배양 담체에 있어서의 섬유 밀도 및 두께의 제어가 이들 세포 증식능의 향상을 가져왔다.
Control of fiber density and thickness in the cell culture carrier of the present invention resulted in improvement of these cell proliferation capacities.
(2) 인간 간암 유래 세포주 HepG2를 이용한 평가(2) Evaluation using human liver cancer derived cell line HepG2
HepG2 세포(ATCC: HB-0865, 참고 문헌: Knowles BB, et al., Human hepatocellular carcinoma cell lines secrete the major plasma proteins and hepatitis B surface antigen., Science 209:497-499,1980.PubMed:6248960)의 배양은, Williams's Medium E(구입 회사명: 시그마사)에, 10% 소 태아 혈청(FBS), 항생 물질(60μg/mL 페니실린 및 100μg/mL 스트렙토마이신), 및 1mmol/L NH4Cl을 첨가한 배지를 사용하고, 37℃, 5% CO2 조건 하에서 실시했다. Of HepG2 cells (ATCC: HB-0865, Reference: Knowles BB, et al., Human hepatocellular carcinoma cell lines secrete the major plasma proteins and hepatitis B surface antigen., Science 209: 497-499,1980. Pub Med: 6248960). The culture was added to Williams's Medium E (purchase company Sigma) by adding 10% fetal bovine serum (FBS), antibiotics (60 μg / mL penicillin and 100 μg / mL streptomycin), and 1 mmol / L NH 4 Cl. Using medium, 37 ° C., 5% CO 2 It carried out under conditions.
배양 환경으로는, 24 웰 플레이트의 각 웰 내에, 평가용 배양 담체(1cm × 1cm)를 올려놓고, HepG2 세포(5×105 cells/mL) 1 mL를 파종하고, 1일마다 배지 교환을 행했다. In a culture environment, an evaluation culture carrier (1 cm x 1 cm) was placed in each well of a 24-well plate, 1 mL of HepG2 cells (5 x 10 5 cells / mL) were seeded, and medium exchange was performed every day. .
상기 실시예 10에서 조제한 본 발명의 배양 담체 A, 및 비교예 8 내지 10에서 조제한 비교용 배양 담체 a, b, c에 대해, 14일까지의 단위 접시 당 세포수 변화를 도 11에, 14일까지의 세포가 가져오는 배지중의 암모니아 제거능을 측정한 결과를 도 12에, 14일까지의 세포의 알부민 농도 변화를 도 13에, 각각 나타냈다. For the culture carrier A of the present invention prepared in Example 10, and the comparative culture carriers a, b, and c prepared in Comparative Examples 8 to 10, changes in the number of cells per unit dish up to 14 days are shown in FIG. 11 and 14 days. As a result of measuring the ammonia removal ability in the medium brought up to the cell, the change of albumin concentration of the cell up to 14 days was shown in FIG.
도 11에 도시한 바와 같이, 본 발명의 배양 담체 A와 비교용 배양 담체 a 내지 c로 HepG2를 14일간 배양했을 때, 배양 담체 A는, 배양 담체 a 내지 c보다도 세포 증식능이 현저하게 향상되어 있었다. As shown in FIG. 11, when HepG2 was incubated for 14 days with the culture carrier A and the comparative culture carriers a to c of the present invention, the culture carrier A had a significantly improved cell proliferation ability than the culture carriers a to c. .
암모니아 제거능을 비교하면, 도 12에 도시한 바와 같이, 2주일간의 배양 기간 중, 배양 담체 a 내지 c는 세포의 고기능화가 보이지 않았고, 반대로 암모니아를 분비하는 방향에 있었다. 그러나, 본 발명의 배양 담체는, 세포 기능이 향상되고, 간세포 본래의 기능의 하나인 해독능(암모니아 제거능)이 향상되어 있었다. Comparing the ammonia removal ability, as shown in FIG. 12, the culture carriers a to c did not show high functionalization of cells during the two-week incubation period, and were in the direction of secreting ammonia on the contrary. However, the culture carrier of the present invention has improved cell function and improved detoxification ability (ammonia removal ability), which is one of the original functions of hepatocytes.
HepG2 세포는, 단층 배양(접시 상에서의 2차원 배양)에서는, 암모니아를 분비하는데, 3차원으로 하여 입체적으로 배양하면, 암모니아를 흡수·대사하는 기능이 생긴다는 특징을 갖는다. 따라서, 비교용 세포 배양 담체에서는 세포의 3차원화에 따른 효과는 관찰되지 않으나, 본 발명의 배양 담체 A는 3차원적으로 배양되고, 보다 생체 내에서의 간 세포의 상태에 가까운 상태에서 배양되어 있다. HepG2 cells secrete ammonia in monolayer culture (two-dimensional culture on a plate). However, when HepG2 cells are cultured in three dimensions in three dimensions, a function of absorbing and metabolizing ammonia occurs. Therefore, in the cell culture carrier for comparison, the effect of the three-dimensionalization of cells is not observed, but the culture carrier A of the present invention is cultured three-dimensionally, and is cultured in a state closer to the state of liver cells in vivo. have.
배양 담체 A에서 배양한 HepG2 세포의 알부민 농도 변화를 보아도, 도 13에 도시한 바와 같이, 배양 기간 중에 알부민 농도가 상승했기 때문에, 배양 담체 A로 배양한 HepG2 세포는 정상적으로 증식되어 있다.
Even when the albumin concentration of HepG2 cells cultured in the culture carrier A was changed, as shown in FIG. 13, since the albumin concentration increased during the culture period, the HepG2 cells cultured in the culture carrier A were normally expanded.
(3) 종합 평가(3) comprehensive evaluation
상기 (1) 및 (2)의 결과에 기초한 종합 평가를 표 2에 나타냈다. Table 2 shows the comprehensive evaluation based on the results of the above (1) and (2).
표 2에 있어서의 세포 증식능에 대해서는, 비교예 10(PVA)을 기준으로 하여 평가했다. 세포 접착성에 대해서는, 대략, 약 30% 이하를 「×」, 약 30% 내지 50%를 「△」, 약 50% 이상을 「○」로 했다. The cell proliferation ability in Table 2 was evaluated based on Comparative Example 10 (PVA). About cell adhesiveness, about 30% or less made "x", about 30%-50% "△", and made about 50% or more "o".
《기능성 무기계 섬유 구조체의 제작》<< production of functional inorganic fiber structure >>
금속 화합물로서 테트라에톡시실란, 용매로서 에탄올, 가수 분해를 위한 물, 및 촉매로서 1규정(規定)의 염산을, 1:5:2:0.003의 몰비로 혼합하고, 온도 78℃에서 10시간의 환류 조작을 행하고, 이어서, 용매를 회전증발기에 의해 제거하여 농축한 후, 온도 60℃로 가열하여, 점도가 2 포아즈인 졸 용액을 형성했다. 얻어진 졸 용액을 방사액(방사용 무기계 졸 용액)으로서 사용하고, 중화 방사법에 의해, 즉, 정전 방사법에 의해 방사함과 아울러, 반대 극성의 이온을 조사하여 집적시켜, 겔형 섬유 웹(무기계 섬유 집합체)을 형성했다. Tetraethoxysilane as a metal compound, ethanol as a solvent, water for hydrolysis, and hydrochloric acid as a catalyst are mixed in a molar ratio of 1: 5: 2: 0.003 and mixed at a temperature of 78 캜 for 10 hours. The reflux operation was carried out, and then the solvent was removed by a rotary evaporator, concentrated, and then heated to a temperature of 60 ° C. to form a sol solution having a viscosity of 2 poise. The obtained sol solution is used as a spinning solution (spun inorganic sol solution), and is spun by neutral spinning, that is, by electrospinning, and irradiated and integrated with ions of opposite polarity to form a gel fiber web (inorganic fiber aggregate). Formed).
또한, 상기 중화 방사법은, 일본 특허 공개 2005-264374호 공보의 실시예 8과 동일한 방사 조건으로 실시했다. 즉, 도 1의 대향 전극(5)으로서, 도 4의 대향 전극(연면 방전 소자(25))을 사용했다. 상세한 내용을 이하에 나타냈다. In addition, the said neutralization spinning method was implemented on the same spinning conditions as Example 8 of Unexamined-Japanese-Patent No. 2005-264374. That is, the counter electrode (the surface discharge element 25) of FIG. 4 was used as the
방사 노즐: 내경 0.4mm의 금속제 주사 바늘(선단 커팅) Spinning nozzle: 0.4 mm inner metal needle (cutting edge)
방사 노즐과 대향 전극 간의 거리: 200mmDistance between the spinning nozzle and the counter electrode: 200 mm
대향 전극 및 이온 발생 전극(양 전극을 겸함): 스테인리스 판(유기 전극) 상에 두께 1mm의 알루미나막(유전체 기판)을 용사(溶射)하고, 그 위에 직경 30μm의 텅스텐 와이어(방전 전극)를 10mm의 등간격으로 친 연면 방전 소자(텅스텐 와이어면을 방사 노즐과 대향시킴과 아울러 접지하고, 스테인리스 판과 텅스텐 와이어 사이에 교류 고전압 전원에 의해 50Hz의 교류 고전압을 인가) Counter electrode and ion generating electrode (also serving as both electrodes): Alumina film (dielectric substrate) having a thickness of 1 mm is sprayed on a stainless steel plate (organic electrode), and a tungsten wire (discharge electrode) having a diameter of 30 μm is 10 mm thereon. Creeping-discharge elements at equal intervals of (Turn the tungsten wire surface against the radiating nozzle and ground, and apply AC high voltage of 50Hz by AC high voltage power supply between stainless steel plate and tungsten wire)
제1 고전압 전원: -16kVFirst High Voltage Supply: -16 kV
제2 고전압 전원: ±5kV(교류 연면(沿面)의 피크 전압: 5kV, 50Hz) 2nd high voltage power supply: ± 5kV (peak voltage of alternating surface: 5kV, 50Hz)
기류: 수평 방향 25cm/sec, 연직(鉛直) 방향 15cm/secAirflow: 25 cm / sec in the horizontal direction, 15 cm / sec in the vertical direction
방사실 내의 분위기: 온도 25℃, 습도 40%RH 이하Atmosphere in the radiation chamber:
연속 방사 시간: 30분 이상Continuous spinning time: 30 minutes or more
얻어진 겔형 섬유 웹(무기계 섬유 집합체)을 온도 800℃, 120℃, 또는 500℃에서 집적후 열처리하고, 소성 무기계 섬유 집합체(순서대로 「시료 1」, 「시료 2」, 「시료 3」)를 형성했다. The obtained gel-like fiber web (inorganic fiber aggregate) is heat-treated after integration at a temperature of 800 ° C., 120 ° C., or 500 ° C. to form a calcined inorganic fiber aggregate (“
금속 화합물로서 테트라에톡시실란, 용매로서 에탄올, 가수 분해를 위한 물, 및 촉매로서 질산을, 1:7.2:7:0.0039의 몰비로 혼합하고, 온도 25℃, 교반 조건 300 rpm으로 15시간 반응시킨 후, 산화 규소의 고형분 농도가 0.25%가 되도록 에탄올로 희석하고, 실리카 졸 희박 용액(접착용 무기계 졸 용액)으로 했다. Tetraethoxysilane as a metal compound, ethanol as a solvent, water for hydrolysis, and nitric acid as a catalyst were mixed at a molar ratio of 1: 7.2: 7: 0.0039, and reacted for 15 hours at a temperature of 25 ° C. and a stirring condition of 300 rpm. Then, it diluted with ethanol so that solid content concentration of silicon oxide might be 0.25%, and it was set as the silica sol lean solution (adhesive inorganic sol solution).
이 접착용 무기계 졸 용액(고형분 농도: 0.25%) 중에, 상기 시료 1 내지 3을 각각 침지한 후, 흡인에 의해 잉여의 실리카 졸 희박 용액을 제거하고, 110℃의 분위기 중에 30분간 유지함으로써, 실리카 졸 희박 용액의 용매를 제거하고, 각각 접착 시료 1, 접착 시료 2, 접착 시료 3을 형성했다(접착용 제1 열처리). After immersing the said
이어서, 접착 시료 1을 온도 500℃에서 3시간, 접착용 제2 열처리(소성 처리)한 소성 접착 시료 1을 실시예 14(공극률: 94.3%, 인장 파단 강도: 0.568MPa, 수산기량: 37μmol/g)로 했다. 또한, 접착 시료 2를 실시예 15(공극률: 93.5%, 인장 파단 강도: 0.292MPa, 수산기량: 1500μmol/g)로 했다. Subsequently, Example 14 (porosity: 94.3%, tensile strength at break: 0.568 MPa, amount of hydroxyl groups: 37 µmol / g) was applied to the baked
또한, 접착 시료 3을 500℃에서 3시간 소성한 소성 접착 시료 3(공극률: 94.2%, 인장 파단 강도: 0.513MPa, 수산기량: 54μmol/g)을, 염화 칼슘 에탄올 용액(농도: 0.1N)에 3시간 침지한 후, 500℃에서 3시간 소성하고, 추가로 수세(水洗)하여, 칼슘 함유 섬유 구조체 1을 조제하고, 실시예 11로 했다. X선 광전자 분석법에 의해, 칼슘 함유 섬유 구조체 1의 원소를 분석했더니, 칼슘 원소 비율은 14.36%였다. 참고로, 소성 접착 시료 3(표준품)의 칼슘 원소 비율은 0.51%였다. Further, the baked adhesive sample 3 (porosity: 94.2%, tensile breaking strength: 0.513 MPa, hydroxyl group amount: 54 μmol / g), which was baked for 3 hours at 500 ° C., was added to a calcium chloride ethanol solution (concentration: 0.1 N). After soaking for 3 hours, it baked at 500 degreeC for 3 hours, and also washed with water, and prepared the calcium-containing
또한, 접착 시료 3을 500℃에서 3시간 소성한 소성 접착 시료 3을, 염화 마그네슘 에탄올 용액(농도: 0.1N)에 3시간 침지한 후, 500℃에서 3시간 소성하고, 추가로 수세(水洗)하여, 마그네슘 함유 섬유 구조체 2를 조제하고, 실시예 12로 했다. X선 광전자 분석법에 의해, 마그네슘 함유 섬유 구조체 2의 원소를 분석했더니, 마그네슘 원소 비율은 22.54%였다. 참고로, 소성 접착 시료 3(표준품)의 마그네슘 원소 비율은 0.94%였다. Furthermore, after baking the
또한, 별도로 준비한 인공체액(142.0mmol/L의 Na+, 103.0mmol/L의 Cl-, 10.0mmol/L의 HCO3 -, 5.0mmol/L의 K+, 1.5mmol/L의Mg2 +, 2.5mmol/L의 Ca2 +, 1.0mmol/L의 HPO4 2-, 및 0.5mmol/L의 SO4 2 -를 포함하는 인간체액과 동일한 이온 농도의 용액) 중에, 접착 시료 2(수산기량: 1500μmol/g)를 1주일간 침지하고, 아파타이트를 섬유 표면에 석출시키고, 아파타이트 함유 섬유 구조체 3을 조제하여, 실시예 13으로 했다.
In addition, separately prepared artificial fluids (142.0 mmol / L Na + , 103.0 mmol / L Cl − , 10.0 mmol / L HCO 3 − , 5.0 mmol / L K + , 1.5 mmol / L Mg 2 + , 2.5 mmol / L of Ca 2 +, 1.0mmol / L HPO 4 2-, and SO 4 2 of 0.5mmol / L for - during the same solution of high ionic concentration as a human body fluid comprising a), an adhesive sample 2 (hydroxyl groups: 1500μmol / g) was immersed for one week, the apatite was precipitated on the fiber surface, the apatite-containing
《기능성 무기계 섬유 구조체의 기능 평가》<< Function Evaluation of Functional Inorganic Fiber Structures >>
이하의 실시예 11 내지 15에 대해, 배양 담체로서의 각종 기능 평가를 실시했다. 또한, 어느 섬유 구조체에 있어서도, 그것을 구성하는 나노 섬유의 평균 섬유 직경은 0.8μm였다. In the following Examples 11 to 15, various functional evaluations as the culture carrier were performed. In addition, also in any fiber structure, the average fiber diameter of the nanofibers which comprise it was 0.8 micrometer.
(실시예 11) 칼슘 함유 섬유 구조체 1Example 11 Calcium-Containing
(실시예 12) 마그네슘 함유 섬유 구조체 2Example 12 Magnesium-Containing
(실시예 13) 아파타이트 함유 섬유 구조체 3Example 13 Apatite-containing
(실시예 14) 소성 접착 시료 1 Example 14
(실시예 15) 접착 시료 2Example 15
상기 섬유 구조체 또는 시료 상에, 각각 인간 골육종Mg63 세포(IFO50108)를 배양하고, 성체골(成體骨)로의 분화능에 대해 비교 검토를 행했다. 배양 배지로서, MEM 배지(Invitrogen사)에 10% 소 태아 혈청(FBS), 항생 물질, 0.1%의 비필수 아미노산을 첨가한 것을 사용했다. 시료 또는 섬유 구조체 상에 2×105 세포/mL를 1 mL 파종하고, 21일간 배양 평가를 행했다. Human osteosarcoma Mg63 cells (IFO50108) were cultured on the fibrous structures or samples, respectively, and compared and examined for the ability to differentiate into adult bone. As the culture medium, 10% fetal bovine serum (FBS), antibiotics and 0.1% non-essential amino acid were added to MEM medium (Invitrogen). 1 mL of 2 * 10 <5> cells / mL was seeded on a sample or a fiber structure, and culture evaluation was performed for 21 days.
세포수 추이를 도 14에 도시했다. 또한, 골세포가 골로 분화할 때 분비하는 효소인 알칼리 포스파타아제(ALP)의 단위 세포 당 효소 활성(단위: ABS/103 세포)에 대해, 경시적 추이를 도 15에, 배양 14일차의 값을 도 16에 나타냈다. ALP의 활성이 강할수록, 세포가 골로 분화하기가 용이하다. 또한, ALP 활성은, 각 섬유 구조체 또는 시료를 인산 완충액을 이용하여 세정한 후, 1% Triton X-100 함유 인산 완충액 100μL를 첨가하고, 37℃에서 30분간 흔들고, 추가로, 0.006 g/mL p- 니트로페닐 인산염 100μL를 첨가하고, 2시간 흔들고, 반응액의 파장 405 nm에 있어서의 흡광도를 측정함으로써, 결정했다. The cell number trend is shown in FIG. In addition, the time course of the enzyme activity (unit: ABS / 10 3 cells) per unit cell of alkaline phosphatase (ALP), an enzyme secreted when bone cells differentiate into bone, is shown in FIG. The value is shown in FIG. The stronger the activity of ALP, the easier the cells are to differentiate into bone. In addition, after ALP activity wash | cleans each fiber structure or a sample using the phosphate buffer, 100 microliters of 1% Triton X-100 containing phosphate buffers are added, shaken at 37 degreeC for 30 minutes, and also 0.006 g / mL p -100 microliters of nitrophenyl phosphate was added, shaken for 2 hours, and it determined by measuring the absorbance in the wavelength of 405 nm of a reaction liquid.
도 14 내지 도 16에 도시한 바와 같이, 금속 이온 함유 화합물을 함유하지 않는 본 발명의 섬유 구조체(실시예 14 및 15)는, 본 발명의 바람직한 실시형태인 칼슘 함유 섬유 구조체 1(실시예 11), 마그네슘 함유 섬유 구조체 2(실시예 12), 아파타이트 함유 섬유 구조체 3(실시예 13)보다도, 세포 증식능은 뛰어나지만, 세포 기능이 낮은 세포가 배양된다. As shown in FIGS. 14-16, the fiber structure (Examples 14 and 15) of this invention which does not contain a metal ion containing compound is the calcium containing fiber structure 1 (Example 11) which is a preferable embodiment of this invention. Cells having superior cell proliferation ability but low cell function are cultured than the magnesium-containing fiber structure 2 (Example 12) and the apatite-containing fiber structure 3 (Example 13).
배양 14일차의 각 섬유 구조체의 ALP 활성을 비교하면, 실시예 11 내지 13의 섬유 구조체는 실시예 14 또는 15보다도 ALP 활성이 높고, 가장 높은 값을 보인 실시예 12와 가장 낮은 값의 실시예 15에서는, 1.5배의 ALP 활성의 차이가 있으며, 골로의 분화 유도가 일어나기 쉬운 세포로 되어 있다. Comparing the ALP activity of each of the fibrous constructs on the 14th day of culture, the fibrous constructs of Examples 11 to 13 had higher ALP activity than those of Examples 14 or 15, and the lowest value of Example 12 and Example 12 There is a 1.5-fold difference in ALP activity, and cells are likely to induce differentiation into bone.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시형태인, 기능성을 갖는 섬유 구조체는 세포 기능을 높인 세포배양을 행하고자 하는 경우에 유효하다.
Therefore, the fibrous structure having functionality, which is a preferred embodiment of the present invention, is effective when cell culture with enhanced cell function is to be performed.
《참고예: 열처리 온도가 서로 다른 무기계 섬유 구조체에 있어서의 수산기량의 측정과 세포 배양 평가》<< Reference example: Measurement of the amount of hydroxyl groups and evaluation of cell culture in inorganic fiber structures having different heat treatment temperatures.
(1) 무기계 섬유 구조체의 제작과 수산기량 측정(1) Fabrication of inorganic fiber structure and measurement of hydroxyl level
상기 비교예 1에서 얻어진 겔형 실리카 섬유 웹(미소성(未燒成))을, 1 ℃/min.의 속도로 온도 120℃, 200℃, 250℃, 300℃, 500℃ 및 800℃까지 승온하고, 3시간 유지하여, 각각의 온도에서 열처리했을 때의, 섬유 단위 중량 당 수산기량을 측정했다. 또한, 어느 실리카 섬유 부직포, 혹은 소성 전의 겔형 실리카 섬유 웹에 있어서도, 그것을 구성하는 나노섬유의 평균 섬유 직경은 0.8μm였다. The gel-like silica fiber web obtained in Comparative Example 1 was heated to a temperature of 120 ° C., 200 ° C., 250 ° C., 300 ° C., 500 ° C. and 800 ° C. at a rate of 1 ° C./min. The amount of hydroxyl groups per fiber weight of the fiber when held for 3 hours and heat treated at each temperature was measured. In addition, also in any silica fiber nonwoven fabric or the gel silica fiber web before baking, the average fiber diameter of the nanofibers which comprise it was 0.8 micrometer.
결과를 도 17에 도시했다. 또한, 도 17에 있어서는, 무기계 섬유 구조체를 세포 배양 담체에 사용하는 경우를 고려하여, 무기계 섬유 구조체를 120℃에서 열처리한 후에, 에탄올 살균 후 또는 오토클레이브(オ-トクレ-ブ) 살균 후의 섬유 단위 중량 당 수산기량도 게재했다. The results are shown in FIG. In addition, in FIG. 17, considering the case where an inorganic fiber structure is used for a cell culture carrier, the fiber unit after heat-processing an inorganic fiber structure at 120 degreeC, after ethanol sterilization or autoclave sterilization is carried out. The amount of hydroxyl per weight is also listed.
이 도 17로부터, 온도 500℃ 이하이면, 섬유 단위 중량 당 수산기량을 50μmol/g 이상으로 할 수 있고, 온도 300℃ 이하이면, 섬유 단위 중량 당 수산기량을 100μmol/g 이상으로 할 수 있으며, 온도 250℃ 이하이면, 섬유 단위 중량 당 수산기량을 400μmol/g 이상으로 할 수 있고, 온도 200℃ 이하이면, 섬유 단위 중량 당 수산기량을 500μmol/g 이상으로 할 수 있음을 알 수 있었다. From this FIG. 17, if the temperature is 500 ° C or less, the amount of hydroxyl groups per fiber unit weight can be 50 µmol / g or more. If the temperature is 300 ° C or less, the amount of hydroxyl groups per fiber unit weight can be 100 µmol / g or more. If it was 250 degrees C or less, the amount of hydroxyl groups per fiber weight may be 400 micromol / g or more, and if it was 200 degrees C or less, it turned out that the amount of hydroxyl groups per fiber weight may be 500 micromol / g or more.
또한, 에탄올 살균 후 또는 오토클레이브(オ-トクレ-ブ) 살균 후에 있어서의 섬유 단위 중량 당 수산기량은 살균전과 변함이 없음도 알 수 있었다. It was also found that the amount of hydroxyl groups per unit weight of fiber after ethanol sterilization or after autoclave sterilization did not change from before sterilization.
(2) 배양 담체의 제작과 세포 배양 평가(2) Preparation of culture carrier and cell culture evaluation
상기 비교예 1에서 얻어진 겔형 실리카 섬유 웹(미소성(未燒成))을, 1 ℃/min.의 속도로 온도 100℃, 300℃, 또는 500℃까지 승온하고, 그 온도에서 3시간 유지함으로써, 배양 담체를 조제했다. The gel-like silica fibrous web obtained in Comparative Example 1 was heated to a temperature of 100 ° C., 300 ° C., or 500 ° C. at a rate of 1 ° C./min., And held at that temperature for 3 hours. And a culture carrier were prepared.
이들 각 배양 담체(또한 대조로서, 소성전의 겔형 실리카 섬유 웹)를 이용하여, 전술한 배양 조건을 따라, 인간 간암 유래 세포주 HepG2의 세포 배양을 14일간 실시했다. Cell cultures of the human liver cancer-derived cell line HepG2 were carried out for 14 days according to the culture conditions described above using each of these culture carriers (as a control, gel silica fiber web before firing).
14일간 배양한 후에 촬영한 SEM 사진을, 도 18(참고예 1: 미소성(未燒成)), 도 19(참고예 2: 100℃에서 소성), 도 20(참고예 3: 300℃에서 소성), 도 21(참고예 4: 500℃에서 소성)에 도시했다. SEM photographs taken after 14 days of incubation were shown in Fig. 18 (Reference Example 1: Unbaked), Fig. 19 (Reference Example 2: Firing at 100 ° C), and Fig. 20 (Reference Example 3: 300 ° C). Firing) and FIG. 21 (Reference Example 4: firing at 500 ° C).
이들 도 18 내지 21에 도시한 결과로부터, 배양 담체의 수산기량이 많고, 친수성이 높음으로써, 스페로이드 형태의 세포를 배양하기가 용이하고, 배양 담체의 수산기량이 적으며, 소수성이 높음으로써 시트 형태의 세포를 배양하기가 용이함을 알 수 있었다.
From the results shown in Figs. 18 to 21, the amount of hydroxyl groups in the culture carrier is high and the hydrophilicity is high, so that it is easy to culture the spheroid cells, the amount of hydroxyl groups in the culture carrier is low, and the hydrophobicity is high. It can be seen that it is easy to culture the cells of the form.
본 발명의 무기계 섬유 구조체는, 예를 들어, 단열재, 여과재, 분석 툴, 세포 등의 배양 담체, 촉매 담체, 항균 재료 등에 적용할 수 있다. 또한, 세포 배양 담체는, 세포 배양을 이용한 모든 분야에 적용할 수 있다. 예를 들어, 세포 배양을 이용한 분석 툴, 재생 의료, 유용 물질 생산 등을 들 수 있다. The inorganic fiber structure of the present invention can be applied to, for example, a culture carrier such as a heat insulating material, a filter medium, an analysis tool, a cell, a catalyst carrier, an antibacterial material and the like. In addition, the cell culture carrier can be applied to all fields using cell culture. For example, analytical tools using cell culture, regenerative medicine, useful substance production, etc. are mentioned.
이상, 본 발명을 특정 실시형태에 따라 설명했으나, 당업자에게 자명한 변형이나 개량은 본 발명의 범위에 포함된다.
As mentioned above, although this invention was demonstrated according to specific embodiment, the deformation | transformation and improvement obvious to those skilled in the art are included in the scope of the present invention.
Claims (14)
(ⅱ) 상기 무기계 섬유와 반대 극성의 이온을 조사하고, 집적시켜 무기계 섬유 집합체를 형성하는 공정, 및
(ⅲ) 상기 무기계 섬유 집합체의 내부를 포함하는 전체에, 무기 성분을 주체로 하는 화합물을 포함하는 접착용 무기계 졸 용액을 부여하고, 잉여의 접착용 무기계 졸 용액을 통기에 의해 제거하고, 내부를 포함하는 전체에 있어서, 무기계 접착제로 접착한 무기계 섬유 구조체를 형성하는 공정,
을 포함하는 무기계 섬유 구조체의 제조 방법. (i) spinning an inorganic fiber by an electrospinning method from a spinning inorganic sol solution containing a compound mainly composed of an inorganic component,
(Ii) irradiating and integrating ions of opposite polarity to the inorganic fibers to form an inorganic fiber aggregate, and
(Iii) Applying the inorganic sol solution for adhesion containing the compound mainly composed of an inorganic component to the whole including the inside of the said inorganic fiber aggregate, removing the excess inorganic sol solution for adhesion by aeration, and removing the inside Forming the inorganic fiber structure bonded with the inorganic adhesive in the whole containing,
Method for producing an inorganic fiber structure comprising a.
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